Псевдогены у дрозофилы: как естественный отбор действует на «сломанные» гены

Исследование с участием специалистов факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ подтвердило, что псевдогены, утратившие способность кодировать белки, в основном не подвержены действию естественного отбора. Однако некоторые из таких генов всё же испытывают его слабое влияние. Работа опубликована в журнале Genome Biology and Evolution.

Когда белок перестаёт играть ключевую роль в адаптации организма, любые мутации в кодирующем его гене становятся несущественными. Вредная мутация (например, нонсенс-мутация) превращает ген в псевдоген.

«После этого отрицательный отбор (удаляющий вредные мутации из популяции) перестаёт на него действовать, и в гене начинают с одинаковой скоростью накапливаться как несинонимичные (меняющие аминокислоту в белке), так и синонимичные мутации. Ранее это косвенно упоминалось в отдельных работах, но полномасштабного исследования эффекта нонсенс-мутаций не проводилось», — поясняет соавтор работы Надежда Потапова.

Нонсенс-мутации и их особенности

• В человеческом геноме от 53 до 100 неработающих аллелей, из которых 21–27 отключены именно нонсенс-мутациями.
• Этот тип мутаций приводит к появлению стоп-кодона, обрывающего синтез белка.
• Нонсенс-аллели, в отличие от несинонимичных мутаций, в три раза чаще вызывают болезни, встречаются реже и часто имеют дополнительные копии в геноме (паралоги).

Исследование на Drosophila melanogaster

Учёные проанализировали геномы популяций Drosophila melanogaster из Замбии, в которых в среднем содержится 35 нонсенс-мутаций. Исследование сосредоточилось на мутациях, вызванных заменой одного нуклеотида.

Ключевые выводы

1. Отрицательный отбор не действовал на те части кодирующих генов мух, которые содержали нонсенс-мутации.
2. На некоторые из этих генов отбор всё же оказывал слабое влияние.

Причина — альтернативный сплайсинг

По мнению биологов, сохранение слабого влияния отбора связано с альтернативным сплайсингом — разными способами считывания одной и той же области ДНК.

«Мы подтвердили, что нонсенс-мутации действительно "выключают" гены, состоящие из одного экзона (без интронов), и в них мутации начинают накапливаться с одинаковой скоростью. В генах с несколькими экзонами "выключается", по-видимому, только экзон с мутацией, а остальные остаются под влиянием отрицательного отбора, хотя и ослабленного», — резюмирует Надежда Потапова.