Дублирование ДНК: механизм «выживания наиболее приспособленных»

Исследователи из VIB, связанные с Гентским университетом (Бельгия), обнаружили, что дупликации ДНК дали растениям эволюционное преимущество. Этот механизм позволил растениям — в отличие от динозавров — пережить мел-палеогеновое массовое вымирание 65 миллионов лет назад. С помощью новейших биоинформатических технологий учёные смогли максимально точно оценить время известных дупликаций ДНК у ряда видов растений.

Около 65 миллионов лет назад произошло последнее «массовое вымирание» на Земле. Одно или несколько катастрофических событий — например, удар кометы или усиление вулканической активности — вызвали широкомасштабные пожары и облака пыли и дыма, которые надолго блокировали солнечный свет. Эти неблагоприятные условия уничтожили около 60% видов растений и множество животных, включая динозавров. Выжить смогли только наиболее приспособленные растения и животные — но что значит «наиболее приспособленные»?

Джеффри Фосетт, Стивен Маере и Ив Ван де Пер (VIB-UGent) как специалисты по биоинформатике работали над расшифровкой геномов различных растений — от мелких сорняков до томатов, риса и деревьев. Они неоднократно сталкивались с тем, что в ходе истории этих растений их полная ДНК дублировалась один или несколько раз. С помощью сложных исследовательских методов они максимально точно датировали эти дупликации.

Группа Ива Ван де Пера заметила, что самые последние дупликации произошли примерно в одно и то же время у всех изученных растений. Но в эволюционном плане «одно и то же время» относительно: дупликации ДНК произошли между 40 и 80 миллионами лет назад. Учёные уточнили датировку. Благодаря их опыту в сравнительных геномных исследованиях и обширной базе данных, они смогли очень точно датировать дупликации на основе стандартных эволюционных деревьев. Это показало, что у всех изученных растений самая последняя дупликация генома произошла около 65 миллионов лет назад — то есть во время последнего массового вымирания.

Из этих результатов исследователи VIB сделали вывод, что растения с дублированным геномом, по-видимому, были «наиболее приспособленными» для выживания в радикально изменившейся среде. В обычных, неизменных условиях дупликации ДНК, как правило, невыгодны. Они вызывают ярко выраженные свойства, которые нежелательны в стабильной среде. Однако в радикально изменившихся условиях эти же свойства могут сделать организм лучше приспособленным к новому климату.

В предыдущих исследованиях Ив Ван де Пер обнаружил очень древние дупликации генома у ранних предков позвоночных и рыб. Тогда он показал, что эти дупликации, вероятно, были решающими для развития позвоночных, а значит, и человека. Таким образом, дупликация генома, вероятно, является универсальным механизмом, который обеспечил возрастающую роль позвоночных и цветковых растений на нашей планете с течением времени.

Источник: VIB (Институт биотехнологий Фландрии)