Контекст решает: мутации в эволюции зависят от генетического окружения

Новое исследование показывает, что эволюционная судьба мутации часто определяется другими мутациями, связанными с ней, то есть генетическая эволюция контекстно-зависима.

Традиционный взгляд в биологии предполагал, что «хорошие» мутации всегда полезны, а «плохие» — всегда вредны для репродуктивного успеха. Однако работа эволюционного биолога Джея Шторца из Университета Небраски-Линкольн опровергает это.

В исследовании, которое будет опубликовано 14 июня в журнале Science, Шторц и его коллеги обнаружили, что одна и та же мутация может быть полезной в комбинации с определёнными другими мутациями, но вредной — в иных сочетаниях.

Учёные изучали мутации, изменяющие функцию гемоглобина — белка, ответственного за транспорт кислорода в крови. Известно, что у животных, обитающих на больших высотах, часто эволюционировал гемоглобин с повышенным сродством к кислороду для лучшего захвата O₂ в разреженном воздухе.

Ранее группа Шторца показала, что у популяций североамериканских оленевых мышей, обитающих на высокогорье, гемоглобин имеет повышенное кислород-связывающее сродство из-за совокупного эффекта мутаций в 12 сайтах белка.

В новом исследовании с помощью метода «белковой инженерии» были синтезированы варианты гемоглобина, содержащие каждую из естественных мутаций во всех возможных многосайтовых комбинациях.

«Мы обнаружили, что одни и те же индивидуальные мутации давали повышенное сродство к кислороду в одних комбинациях и пониженное — в других. Их эффекты полностью зависят от контекста», — сказал Шторц.

Это означает, что из-за взаимодействий между мутациями некоторые мутационные пути эволюции могут быть более доступными, чем другие. Эволюционная судьба новой мутации будет критически зависеть от того, какие другие мутации уже произошли. Порядок возникновения мутаций может определять, пойдёт ли эволюция по одним путям, а не по другим.