Доказательства эволюционной "гонки вооружений" между генами и эгоистичными генетическими элементами
Исследователи из Рочестерского университета представили новые доказательства эволюционной "гонки вооружений" внутри организмов и механизмов, лежащих в её основе.
- Проблема: Геном человека и других видов содержит эгоистичные генетические элементы — "паразиты генома", которые распространяются, не принося пользы хозяину, и могут наносить вред, искажая соотношение полов или вызывая мутации.
- Модель: Учёные изучили геномы трёх близкородственных видов Drosophila (плодовых мушек) — идеальной модели для генетики из-за короткого репродуктивного цикла и сходства с человеком на молекулярном уровне.
Механизм "атаки": гены мейотического драйва
В каждом изученном виде обнаружилось от 5 до 12 генов мейотического драйва на X-хромосомах. Эти эгоистичные гены "обманывают" систему, попадая более чем в 50% потомства.
- Исследованные гены, названные Dxl ("Dox-like"), родственны гену Dox ("distorter on the X").
- Dxl-гены производят белок-гистон, который нарушает упаковку ДНК в незрелых половых клетках (сперматидах), несущих Y-хромосому, что приводит к их гибели.
- Уничтожение Y-несущих сперматозоидов приводит к преобладанию самок в потомстве, что даёт гену драйва эволюционное преимущество в распространении. Однако это снижает фертильность носителей и создаёт риск вымирания популяции из-за смещения соотношения полов.
Механизм "защиты": гены-дубликаты и РНК-интерференция
Вид выработал защиту против эгоистичных элементов в форме генов-дубликатов Dxl, но с ключевой модификацией.
- Эти дубликаты маскируются под Dxl-гены, но вместо производства Dxl-белков экспрессируют малые РНК.
- Эти малые РНК подавляют ("заглушают") оригинальные Dxl-гены с помощью механизма РНК-интерференции.
Эволюционная гонка вооружений
Это исследование — доказательство микроскопической эволюционной гонки:
- Эгоистичные генетические элементы эволюционируют для собственного распространения.
- Остальной геном эволюционирует, создавая гены-супрессоры для их подавления.
- Эгоистичные элементы эволюционируют, чтобы преодолеть супрессор.
- Супрессор, в свою очередь, эволюционирует, чтобы не отставать.
Значение: Подобные повторы генов, искажающие соотношение полов, обнаружены на X- и Y-хромосомах человека и человекообразных обезьян, что указывает на важную роль таких эволюционных гонок в формировании геномов.