Генная слияние — важный механизм образования новых генов в геномах риса
События слияния генов были описаны у нескольких организмов, однако роль этого процесса в возникновении новых генов оставалась неясной. Эволюционно новые гены, образованные слиянием двух или более родительских генов, могут избежать медленного этапа эволюции через точковые мутации и имеют критическое значение для понимания фенотипической эволюции.
Без данных внешней группы невозможно отличить события слияния генов от событий деления. Поэтому исследователи под руководством профессора Чжан Чэнцзюня из Куньминского института ботаники Китайской академии наук разработали новые алгоритмы для динамического обнаружения генов-слияний в филогении и провели полногеномный анализ четырёх видов риса (Oryza).
У четырёх молодых диплоидных видов риса было обнаружено 310 генов-слияний.
Расчётная скорость возникновения генов-слияний в роде Oryza в среднем составляет 63 гена на вид за миллион лет, а по данным анализа однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) в популяциях фиксируется 16 генов на вид за миллион лет.
Обе скорости значительно выше, чем у мух. Исследователи обнаружили, что более 44% генов-слияний экспрессировались, а 90% пар генов демонстрировали сильные сигналы очищающего отбора, что указывает на потенциальную биологическую функцию этих экспрессирующихся генов.
На основе корреляции экспрессии генов-слияний и родительских генов в разных тканях были выявлены гены с субфункционализацией и неофункционализацией.
Кроме того, линии с нокаутом, созданные с помощью системы CRISPR/Cas9, показали, что два вновь образованных гена-слияния регулируют фенотипические признаки, включая прорастание семян, длину побега и корня. Оба гена наиболее сильно реагировали на засуху, что говорит об их адаптивном значении в фенотипической эволюции.
Таким образом, это исследование предлагает новый подход к пониманию происхождения новых генов и обеспечивает методологическую и теоретическую основу для эпохи больших данных.
Результаты исследования опубликованы в журнале Genome Biology под названием "Gene fusion as an important mechanism to generate new genes in the genus Oryza".