"Скрытый" код в ДНК эволюционирует быстрее генетического, выяснили учёные
Исследование учёных из Института биологических исследований Солка показало, что "скрытый" эпигенетический код в ДНК растений позволяет им развивать и передавать новые биологические признаки гораздо быстрее, чем считалось ранее.
Работа, опубликованная в журнале Science, впервые доказывает, что эпигенетический код — дополнительный слой биохимических инструкций в ДНК — может эволюционировать быстрее генетического кода и сильно влиять на биологические признаки.
Хотя исследование ограничилось одним видом растений, Arabidopsis thaliana (лабораторной мышью растительного мира), результаты позволяют предположить, что признаки других организмов, включая человека, также могут значительно зависеть от подобных механизмов.
Ключевые выводы:
- "Не всё в генах" — существует наследственный компонент, который наука ещё не до конца понимает.
- Эпигенетический код более гибкий и влиятельный, чем представлялось.
- У людей может быть аналогичный активный эпигенетический механизм, контролирующий биологические характеристики и передающийся детям.
Суть эпигенетики:
Учёные обнаруживают всё больше несоответствий между тем, что диктует генетический код, и тем, как организмы выглядят и функционируют. Например:
- У растений форма цветка и пигментация плодов могут контролироваться эпигенетическим кодом.
- У мышей склонность к ожирению может передаваться из поколения в поколение без различий в генетическом коде.
- У идентичных человеческих близнецов могут быть разные биологические признаки при одинаковых последовательностях ДНК.
Эти загадочные закономерности связывают с химическими маркерами (например, метилированием ДНК), которые образуют слой контроля поверх последовательности ДНК. Как и генетические мутации, эпигенетические мутации могут возникать спонтанно и наследоваться.
Исследователи картировали эпигеном популяции клонированных растений Arabidopsis (чтобы исключить "генетический шум") и наблюдали за изменениями после 30 поколений. Они отслеживали состояние сайтов на молекуле ДНК, способных к метилированию.
Результаты:
- Каждое поколение изменялось до нескольких тысяч сайтов метилирования.
- Это составляет небольшую долю от потенциальных ~6 миллионов сайтов у Arabidopsis, но превосходит скорость спонтанных изменений на уровне последовательности ДНК примерно на пять порядков.
- Многие из этих наследственных изменений в метилировании приводили к существенным изменениям в экспрессии генов (включении/выключении), влияя на форму и функцию растений.
Значение:
- Эпигенетический код растений (и, возможно, других организмов) оказался гораздо более изменчивым, чем их генетический код.
- Он может быстро переписываться со значительным эффектом без сильного давления среды.
- "Это означает, что гены — это не судьба" (Джозеф Экер).
Планы на будущее:
Учёные намерены изучить биохимические механизмы возникновения и наследования этих изменений, а также влияние факторов среды (например, температуры) на эпигенетические изменения и роль последних в адаптации к изменениям среды.