Ученые исследуют причины разнообразия состава ДНК у разных видов
В ДНК G всегда спаривается с C, а A — с T. Однако общее содержание пар G+C по сравнению с A+T у разных видов не является фиксированным процентом или стандартным соотношением.
Например, у одноклеточных организмов содержание G+C может составлять 72% у бактерии Streptomyces coelicolor, в то время как у паразита-простейшего, вызывающего малярию (Plasmodium falciparum), оно всего 20%. У одноклеточных эукариот: дрожжи — 38%, кукуруза — 47%, человек — около 41%.
Главный вопрос: почему?
Группа Майкла Линча из Университета штата Аризона экспериментально показала, что составу G+C, как правило, сильно благоприятствует естественный отбор или другие факторы. Это часто противостоит мутационному давлению различной силы в противоположном направлении.
«В среднем, естественный отбор или какой-то другой фактор (возможно, связанный с рекомбинационными силами) благоприятствует содержанию G+C, независимо от класса ДНК, размера генома вида или его положения на эволюционном древе жизни», — сказал Линч.
Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.
Универсальность ошибок
Ученые провели крупнейшее на сегодняшний день исследование, проанализировав каждую мутацию ДНК у разных видов, отсеквенировав миллиарды химических оснований ДНК. Они использовали анализ 25 существующих наборов данных о мутациях и 12 новых экспериментов по накоплению мутаций (MA), включая бактерии, дрожжи, червей, плодовых мух, шимпанзе и людей.
В каждом эксперименте MA они проводили полное секвенирование генома около 50 различных бактериальных линий, которые прошли через строгие «бутылочные горлышки» из одной клетки в течение тысяч клеточных делений. Это позволило получить практически неискаженную картину мутационного процесса.
После всех расчетов выявилась четкая закономерность между содержанием G+C и ожиданиями, основанными на мутациях ДНК.
«Оказывается, они коррелируют, — сказал Линч. — Состав G+C всегда выше, чем можно было бы ожидать, исходя из нейтральности. Это говорит нам о повсеместном действии отбора. Таким образом, мутация определяет общую картину, но отбор в пользу G и C над A и T повышает содержание в геноме выше нейтральных мутационных ожиданий. Это, кажется, почти универсальная истина».
Новые вопросы
Теперь, когда корреляция установлена, возникает множество новых вопросов. Один из них: почему спектр мутаций так dramatically меняется у разных видов?
Возможные объяснения могут быть связаны с химией и биофизикой. Одна из общих сил — стабильность ДНК. Пары G:C удерживаются тремя водородными связями, а пары A:T — только двумя. Преобладает мнение, что большее содержание G:C повышает стабильность генома.
Другая возможность связана с репарацией неспаренных оснований во время рекомбинации при размножении. Считается, что этот процесс обычно смещен в сторону замен на G и C.
Теперь, с готовой экспериментальной установкой, команда Линча готова дальше исследовать механизмы эволюции и фундаментальные силы, стоящие за этой великой загадкой.