Сокращение геномов и активность транспозонов формируют разнообразие генов тРНК у птиц
Птицы отличаются от других позвоночных не только анатомическими адаптациями к полёту, но и уникальной организацией генома. Хотя число кодирующих белки генов у них сопоставимо с другими позвоночными, сами геномы птиц меньше из-за сокращения некодирующей ДНК. Новое исследование в Genome Biology and Evolution показывает, что это сокращение затронуло и гены транспортной РНК (тРНК).
Неожиданно мало генов тРНК
Учёные из Каролинского института и Уппсальского университета провели первый всесторонний анализ разнообразия и эволюции тРНК у позвоночных. Проанализировав 55 птичьих геномов, представляющих все основные линии, они обнаружили, что в среднем птичий геном содержит всего 169 генов тРНК. Для сравнения:
Рептилии: 466
Млекопитающие: 579
Рыбы: 813
Земноводные: 1229
«Мы не ожидали, что сокращение размера генома затронет и гены тРНК, поскольку их избыточность обеспечивает эффективную транскрипцию для трансляции мРНК», — отмечает ведущий автор Клаудия Куттер.
Эффективность при ограниченном наборе
Несмотря на резкое сокращение числа и сложности генов тРНК, предпочтения в использовании определённых изоакцепторных семейств (тРНК, связывающих одну и ту же аминокислоту) у птиц соответствуют стратегиям «качающегося» (wobble) спаривания, наблюдаемым у других эукариот. Это указывает, что использование тРНК у птиц соответствует общему паттерну использования кодонов у позвоночных.
Исследователи предполагают, что функциональные ограничения на тРНК, характерные для других позвоночных, сохранились в ходе ранней эволюции птиц: «Несмотря на это сокращение миллионы лет назад, пул антикодонов тРНК и кодонов мРНК у птиц остаётся сбалансированным для обеспечения оптимальной эффективности трансляции».
Роль транспозонов
Ещё одним неожиданным открытием стало влияние транспозонов (мобильных генетических элементов) на репертуар генов тРНК. В некоторых изученных птичьих геномах, помимо функциональных генов тРНК, были обнаружены сотни, а иногда тысячи тРНК-подобных последовательностей, встроенных в транспозоны.
При размножении транспозонов эти встроенные последовательности могут переноситься в новые участки генома. В новой локализации отбор будет поддерживать последовательность, важную для функции тРНК, в то время как сопровождающая последовательность транспозона может деградировать. Этот процесс вносит вклад в формирование доступного пула генов тРНК в некоторых птичьих геномах.
Выводы и перспективы
По словам Куттер, эта работа заставляет пересмотреть текущие представления о функциональности генов с точки зрения их избыточности. Для дальнейшего изучения этого феномена планируется расширить исследования, включив больше видов (в том числе змей), и использовать функциональные геномные подходы.
«Наша работа вновь показала, что эволюция готовит много сюрпризов, и мы можем заглянуть в них, выходя за рамки модельных организмов», — заключает Куттер.