Гены, среда или случайность?

Биологи объясняют различия между организмами разницей в генах или условиях среды. Однако новое исследование нематодных червей с идентичными генами, выращенных в идентичных условиях, выявило третий фактор: случайность.

Это новый источник изменчивости для учёных. «Исследователи изучали, развиваются ли у организмов разные способы справляться с генетической и средовой изменчивостью. Это исследование добавляет в эту смесь случайную вариацию», — сказал автор работы Скотт Рифкин, доцент биологии в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

Учёные изучили развитие кишечника у C. elegans. У многих, но не у всех червей с мутацией в гене skn-1 кишечник не развивался, даже если эмбрионы были генетически идентичны и инкубировались вместе.

«В нашем исследовании не было ни генетических различий, ни различий в условиях среды. Мы предположили, что единственным другим источником вариаций могут быть случайные различия, возникающие в процессе развития», — пояснил Рифкин.

Мутировавший ген — первый в каскаде из нескольких генов, которые последовательно контролируют друг друга, определяя, начнут ли клетки-предшественники кишечника развиваться в кишечные клетки.

У мутантных червей конечный ген был либо «включён», либо «выключен», и это определяло, разовьются ли у эмбриона клетки кишечника. Однако активность промежуточного гена сильно варьировалась. Именно здесь, по-видимому, и играет роль случайность.

В одних мутантных клетках ген транскрибировался много раз, в итоге создавая достаточно белка для активации конечного гена. В других — транскриптов было слишком мало, и конечный ген оставался «выключенным».

ДНК плотно намотана на белки, как нить на катушку, и должна раскрутиться, чтобы транскрипционный аппарат получил доступ к гену. Одни белки раскручивают ДНК, другие — снова её закручивают.

У мутантных червей баланс сместился в пользу белков, которые удерживают ДНК в закрученном состоянии. Но у некоторых червей ДНК оставалась раскрученной достаточно долго, чтобы сгенерировать необходимое количество транскриптов для активации конечного гена. И, таким образом, по случайности, у этих червей развивался кишечник.

Исследование опубликовано в выпуске журнала Nature от 18 февраля.