Нестабильные участки хромосом — источник пивоваренных способностей дрожжей

Способность дрожжевых клеток превращать сахар в алкоголь — ключевой процесс производства пива и вина — объясняется замечательным эволюционным механизмом. Гены, позволяющие дрожжам переваривать сахара фруктов и зерна, неоднократно дублировались в ходе эволюции, что обеспечило оптимальное превращение разных типов сахаров (таких как сахароза и мальтоза) в спирт. Эти дупликации возникли потому, что гены, отвечающие за переработку сахаров, расположены близко к нестабильному краю хромосомы.

Это явление, по-видимому, не ограничивается производством алкоголя у дрожжей, а представляет собой важный принцип эволюции живых организмов. Результаты представлены в исследовании Кевина Верстрепена из K.U.Leuven и VIB (Института наук о жизни во Фландрии, Бельгия), Эндрю Мюррея из Гарвардского университета и Криса Брауна, совместного студента Верстрепена и Мюррея. Ведущий журнал Current Biology публикует это исследование.

Эволюционные лаборатории в хромосомах

Новое исследование показывает, что некоторые гены, расположенные близко к концам хромосом (субтеломерам), дублируются чаще. Субтеломеры функционируют как эволюционные лаборатории клеток, где постоянно создаются и тестируются новые гены.

Происхождение пивоваренных дрожжей

Дупликация в субтеломерах произошла ещё у предка современных промышленных пивных и винных дрожжей. Современные штаммы пивных дрожжей содержат от пяти до десяти копий доисторического гена, позволяющего переваривать некоторые сахара. Каждая из этих современных копий обеспечивает способность дрожжей переваривать определённый сахар, и делает это гораздо быстрее, чем древние дрожжи.

Массовые дупликации, вероятно, произошли в меловой период (от 66 до 145 миллионов лет назад). Это совпало с периодом развития сладких фруктов и зерновых. Дупликация генов и их дальнейшая эволюция позволили дрожжевым клеткам переваривать различные сахара в плодах. Таким образом, субтеломерная "лаборатория копирования генов" позволила дрожжам завоевать новую экологическую нишу.

Интересно, что подобная субтеломерная дупликация генов, вероятно, стимулирует эволюцию и адаптацию у высших организмов, включая человека.