Генетическая дупликация может делать геном более уязвимым, а не устойчивым

Исследователи из Университета Лаваля поставили под сомнение один из принципов эволюционной биологии, согласно которому организмы с более чем одной копией одного и того же гена в геноме более устойчивы к генетическим нарушениям. В статье, которая будет опубликована в Science, учёные показывают, что эта генетическая избыточность может также делать геном более хрупким, делая организмы более уязвимыми к эффектам вредных мутаций.

Профессор Кристиан Ландри и его команда изучили 56 пар паралогичных генов — копий одного и того же гена — у пекарских дрожжей. Они охарактеризовали нормальные взаимодействия белков, производимых этими генами, с другими белковыми комплексами в дрожжах, а затем повторили эксперимент с генетически модифицированными вариантами.

В ходе примерно 5700 тестов исследователи обнаружили, что для 22 из 56 пар генов паралогичный ген брал на себя функцию в отсутствие своего аналога. Это подтверждает гипотезу, что генетическая дупликация обеспечивает устойчивость генома.

Однако для других 22 пар отсутствие одного из двух паралогичных генов нарушало клеточную функцию. «Иногда присутствие обоих генов из пары необходимо для поддержания клеточной функции», — пояснил Ландри. В этих случаях спонтанной мутации одного из генов было бы достаточно, чтобы нарушить функцию. Таким образом, дупликация гена делала геном более хрупким.

Генетическая дупликация может затрагивать часть гена, целый ген, хромосому или весь геном. «Это явление распространено в природе и считается движущей силой эволюции», — отметил профессор Ландри. У людей наиболее известны его негативные эффекты, такие как синдром Дауна (трисомия 21) и некоторые виды рака. «Но у генетической дупликации также есть множество менее известных положительных эффектов, — объяснил он. — Например, наша способность различать цвета и запахи — результат дупликации генов».

Хотя исследование не имеет немедленных медицинских применений, оно помогает лучше понять противоречивые данные, которые указывают, что присутствие паралогичных генов может как ослаблять определённые мутации, так и быть связано с мутациями, ответственными за некоторые болезни. «Наше исследование помогает прояснить правила, которые мы можем использовать для прогнозирования того, как генетические вариации могут влиять на функционирование человеческого организма. Понимание связи генотип-фенотип — одна из главных задач современной геномики человека», — заключил исследователь.