Как жизнь генерирует новые формы: ключевую роль играет регуляция генов
Новые эволюционные формы чаще возникают не из-за изменений самих генов, а из-за изменений в их регуляции — процессах «включения» и «выключения». Исследование определило тип регуляции генов, который с наибольшей вероятностью приводит к эволюционным изменениям.
Механизмы регуляции
Большинство организмов хранят генетическую информацию в ДНК, которая транскрибируется в РНК. Экспрессию генов регулируют белковые транскрипционные факторы, которые подавляют или усиливают транскрипцию.
В статье в PNAS (26 марта 2018 г.) команда из ETH и Университета Цюриха показала, что регуляция с помощью белковых транскрипционных факторов способствует эволюционным изменениям эффективнее, чем регуляция на уровне РНК.
«Это нас действительно удивило, — сказал старший автор Андреас Вагнер. — Это не очевидно. Такие вещи просто нельзя узнать, пока не посмотришь».
Роль в эволюции
«Новые формы регуляции имеют решающее значение для многих новых черт жизни, — отметил Вагнер. — То, что отличает план строения тела человека от морского ежа или плодовой мушки, — это новые виды регуляции, которые включают и выключают нужные гены в нужное время».
Ранее та же команда показала, что транскрипционные факторы обладают высоким уровнем двух ключевых эволюционных свойств: робастности (устойчивости к мутациям) и эволюционного потенциала (способности порождать новые формы в ответ на мутации).
«Мы обнаружили, что сайты связывания транскрипционных факторов обладают высоким эволюционным потенциалом, потому что мутации часто создают сайты связывания для других факторов. Таким образом, мутации в этих сайтах могут легко порождать фенотипическую изменчивость», — пояснил ведущий автор Джошуа Пейн.
Эволюционное преимущество
Высокий эволюционный потенциал транскрипционной регуляции может объяснить, почему около 4 миллиардов лет назад организмы перешли от использования РНК в качестве основного носителя информации к использованию ДНК и белков.
«Регуляция генов, опосредованная РНК, обладает меньшим эволюционным потенциалом, чем транскрипционная регуляция».