Анализ ДНК грибов для изучения эпистаза мутаций

Исследователи из Сколтеха с российскими и американскими коллегами проанализировали ДНК двух десятков грибов вида Schizophyllum commune и получили представление о мутациях, которые компенсируют негативные эффекты других мутаций. Это явление применимо ко всем организмам, но гораздо более выражено у крайне генетически изменчивых грибов, чем у людей. Взаимодействие мутаций обогащает естественный отбор, но также указывает на один из немногих недостатков полового размножения. Препринт опубликован на bioRxiv.

Исследование демонстрирует явление положительного эпистаза, при котором вредная мутация компенсируется «компаньоном». Это приводит к тому, что пара мутаций встречается вместе чаще, чем можно было бы ожидать случайно.

Эпистаз — фундаментальное свойство генетики, но его сложно наблюдать у людей из-за высокого генетического сходства (примерно 999 из 1000 «букв» ДНК совпадают). Schizophyllum commune — гиперполиморфный вид, где вариативность наблюдается примерно в каждой пятой «букве» генетического кода (у дрозофил — в каждой сотой).

Учёные полностью секвенировали геном 54 грибов и проанализировали два класса мутаций:

• Нерабочие (контрольные) мутации — не влияют на организм и независимы друг от друга.
• Рабочие мутации — влияют на функции организма.

Статистический анализ показал, что рабочие мутации наследуются парами значительно чаще, чем можно было бы ожидать случайно.

Это первое исследование, выявившее пары мутаций, вовлечённые в положительный эпистаз внутри одного вида (ранее это было показано только между видами, например, у человека и шимпанзе). Также было замечено, что со-встречающиеся мутации, как правило, локализованы в одном и том же гене.

Эволюционные выводы:

• Естественный отбор сложнее простого отсева «плохих» и сохранения «хороших» признаков. Компенсация мутаций позволяет каждому организму идти своим сложным эволюционным путём.
• Положительный эпистаз указывает на ещё один потенциальный риск полового размножения: при рекомбинации ДНК потомство может унаследовать вредную мутацию без её эпистатической пары и проявить негативные эффекты, которых не было у родителей. Однако это не отменяет многочисленных преимуществ полового размножения.

Исследование продемонстрировало эпистаз статистически, на агрегированных данных, без обсуждения конкретных функций мутаций и механизмов их взаимодействия.