В генетических сетях важны три вещи: расположение, расположение и расположение

Адаптации живых организмов, от внешнего вида до выносливости, определяются сложными молекулярными сетями. Понимание того, как гены приводят к внешним адаптациям, может зависеть от трёх концепций сетевой науки: расположения, расположения и расположения.

Возьмем пример скромного зимнего сорняка Arabidopsis thaliana — первого растения, чей геном был полностью секвенирован. Предыдущие эксперименты по поиску генетических основ устойчивости этого растения к холоду и засухе давали противоречивые результаты.

В 2014 году рабочая группа SFI, организованная Сэмом Скарпино, Джесси Ласки, Дэвидом Дес Марэ и Рафаэлем Герреро, помогла осмыслить данные, используя сетевые алгоритмы для анализа сети генетической активации Arabidopsis — запутанных химических путей экспрессии генов.

Оказалось, что гены, вовлеченные в адаптацию сорняка к экстремальным условиям, занимают совершенно разные позиции в сети:

• Гены холодовой устойчивости плотно сгруппированы и сильно связаны в центре сети, что позволяет им значительно влиять на гены, расположенные дальше по путям экспрессии.
• Гены засухоустойчивости, напротив, расположены ближе к концевым точкам сети.

Проще говоря, «важнее всего биология», — говорит Скарпино, объясняя, что для понимания адаптаций критически важно знание о распределении генов в молекулярной сети, а не только статистика их экспрессии.

На этой основе была заложена почва для объяснения роли молекулярных сетей в адаптации. Рабочая группа «Молекулярные сети и эволюция на разных биологических масштабах» снова собралась в прошлом месяце, чтобы разработать общую теоретическую основу, а затем проверить её с помощью реципрокных транслантационных экспериментов на Arabidopsis и дикой траве Brachypodium.

К группе присоединились стипендиаты SFI Omidyar Джош Грохоу и Крис Кемпес, а также постдок SFI Лоран Эбер-Дюфрен.

Скарпино полагает, что если эксперименты подтвердят теорию, они будут на полпути к созданию работоспособной теории молекулярных сетей в эволюции. Даже если эксперименты не удадутся, «мы совершили прорыв в концептуальном понимании этого вопроса», — говорит он. — «Если мы ошибаемся, то ошибаемся по правильным причинам».