Ученые Института цитологии РАН и СПбГУ изучили, как появляются новые гены
Исследователи Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с учеными Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) изучили, как в ходе эволюции появляется новый репродуктивный белок LOSP у беломорских моллюсков Neritrema. При этом авторам удалось показать редкий биологический процесс – “рождение” нового гена. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Gene, они позволяют ученым приблизиться к пониманию того, как появились гены современных живых организмов.
Сегодня учеными описаны сотни тысяч генов различных видов живых организмов. Большинство из них имеет известные науке гомологи – схожие между собой гены. С их помощью мы можем проследить эволюционную историю генов, но это не открывает путь к пониманию того, как именно они появились. Многие новые гены появляются в результате дупликации, т.е. появления копии, с последующими изменениями этой новой копии за счет случайных мутаций. Часто такие гены берут своё начало ещё от общего предка (Last Eukaryotic Common Ancestor; LECA).
Однако иногда гены могут появляться буквально «на пустом месте», поэтому ученые назвали их генами-сиротами (orphan genes). Они появляются в результате эволюции отдельной родственной группы организмов, вне которой ученые не могут обнаружить гомологи генов-сирот. Некоторые из этих генов представляют пример редкого события – появления нового гена в эволюции, которого не было у предков. Поэтому они представляют интерес для изучения: механизмы появления новых генов, как и всего принципиально нового в эволюционном процессе все еще слабо изучены.
“Ранее мы обнаружили белок LOSP, который транслируется с гена-сироты, у двух криптических (т.е. внешне почти неотличимых) видов беломорских моллюсков рода Littorina. Этот белок в больших количествах нарабатывается в репродуктивных клетках самцов моллюсков и, по-видимому, важен для их размножения. Мы смогли подробно описать его структуру и особенности экспрессии. Несмотря на то, что он специфично нарабатывается в определённом типе репродуктивных клеток, нам не удалось установить его функцию. Для него не известно гомологов в базах данных. Его эволюционное происхождение и влияние на эволюцию моллюсков этого рода представляется крайне интересным для изучения“, – рассказывает старший научный сотрудник лаборатории регенеративной биомедицины ИНЦ РАН Арсений Лобов.
Для проведения исследования на первом этапе авторы собрали материал моллюсков шести видов: пяти видов Neritrema и одного вида Littorina – оба относятся к одному роду моллюсков Littorina. В общей сложности было изучено более 200 моллюсков, для которых исследователи получили последовательность мРНК losp. Для лучшего понимания ее структуры авторы также провели расшифровку всех транскриптов в клетках репродуктивных тканей нескольких видов моллюсков из обоих подродов при помощи секвенирования нового поколения (NGS). Оказалось, что большая часть белка LOSP присутствует только у видов подрода Neritrema, в то время как у изученного вида подрода Littorina был обнаружен лишь небольшой фрагмент этого белка. Ученые предположили, что эти повторы появились вследствие горизонтального переноса (т.е. генетический материал, полученный не от предка, а от другого организма “горизонтально”) и провели поиск гомологов повторов LOSP в геномах бактерий, обнаруженных в микробиоме, “живущими” рядом с этими моллюсками в природе. В результате удалось обнаружить гомологи этого фрагмента в геноме бактерии Pseudodesulfovibrio.
Исследования были поддержаны грантом Российского научного фонда (№ 19–14-00321).
Фото: сайт ИНЦ РАН