Обыкновенный Arabidopsis thaliana может существенно изменить наше понимание эволюционных механизмов, помочь нам улучшить урожай и помочь в борьбе с раком. Это модельное растение, используемое для исследований в ботанике (включая генетику). И последние исследования в этой области принесли неожиданную информацию.
Мы всегда считали, что мутации в ДНК происходят случайным образом по всей ее длине. Оказывается, мутации не так уж случайны, и не случайно они помогают растениям. Это приводит к полному изменению взглядов на мутации , говорит профессор Грей Монро из Калифорнийского университета в Дэвисе.
Ученый и его коллеги три года работали над секвенированием ДНК сотен сортов редьки обыкновенной. Геном этого растения относительно невелик и содержит 120 миллионов пар оснований. Геном человека составляет 3 миллиарда пар. Именно благодаря этой простоте редька является образцовым растением.
Началась работа в институте Макса Планка, где редис выращивали в лабораторных условиях. Растениям были обеспечены очень хорошие условия. Настолько хорошо, что экземпляры, которые не выжили бы в природе из-за разного рода дефектов, могли бы продолжать расти.
Когда затем был закодирован геном сотен редисок, в них было обнаружено более миллиона мутаций. И — вопреки тому, что ожидалось — оказалось, что мутации действительно существовали по неслучайной схеме мутаций.
На первый взгляд то, что мы обнаружили, кажется, противоречит преобладающим теориям о том, что мутации абсолютно случайны и что только естественный отбор определяет, какая мутация сохраняется , — говорит один из ведущих авторов исследования Детлеф Вайгель из Макс Планк. Оказалось, что существуют целые фрагменты ДНК, в которых редко происходят мутации. В этих фрагментах была обнаружена сверхпредставленность наиболее важных генов, ответственных, например, за рост клеток или экспрессию генов. Это очень важные фрагменты генома. По словам Монро, наиболее важные области защищены от мутаций . Поскольку это чувствительные области, механизмы репарации ДНК должны быть там особенно эффективными, добавляет Вайгель.
Исследователи отметили, что то, как ДНК обернута вокруг различных типов белков, кажется хорошим индикатором того, будет ли конкретный фрагмент мутировать. «Это означает, что мы можем предсказать, какие гены более подвержены мутации, а какие менее. И это дает нам довольно хорошее представление о том, что происходит», — говорит немецкий ученый.
Открытие имеет особое значение в области эволюционной теории. Это означает, что редька эволюционировала, чтобы защитить свои гены от мутаций. «Это чрезвычайно захватывающее открытие, поскольку мы можем начать думать о том, как защитить ДНК человека от мутаций», — говорит Вайгель.
Если мы знаем, почему одни области ДНК более подвержены мутациям, чем другие, мы можем попытаться вывести растения с желаемыми характеристиками. А также разработать методы защиты от мутаций, приводящих к раку.
Наша работа дает более широкую картину сил, стоящих за естественным биоразнообразием. В исследовании делается вывод, что это может вдохновить на теоретические и практические исследования эволюционной роли мутаций.