Мобильные генетические элементы, изменяющие функцию соседних генов

Инженер Рауль Кастанера-Андрес обнаружил мобильные генетические элементы (транспозоны) у базидиомицетов — грибов, известных съедобными грибами и способностью разлагать лигноцеллюлозные отходы.

Транспозоны — это фрагменты ДНК, способные «перепрыгивать» из одной хромосомной области в другую и вызывать постоянные изменения в геноме. Исследование показало, что помимо мутаций и перестроек генома, некоторые транспозоны могут отключать функционирование соседних генов, подавляя их экспрессию и синтез кодируемых белков.

Согласно Центральной догме молекулярной биологии, генетическая информация передаётся от ДНК к РНК, а затем на её основе синтезируются белки. «Мы увидели, что при вставке транспозона рядом с геном производство его РНК может нарушаться, что приводит к снижению или полному отсутствию соответствующего белка», — пояснил Рауль Кастанера. Сравнительный анализ транскриптомов показал, что этот механизм присутствует только в видах с активной системой цитозинового метилирования.

Влияние транспозонов на геном

Долгое время важность транспозонов недооценивали, поскольку они не кодируют белки. Однако эти элементы широко распространены в эукариотических геномах: они составляют около 50% генома человека и до 85% генома некоторых растений, например, кукурузы.

Их мобильность делает их ключевыми элементами эволюции. Хотя иногда они могут давать адаптивное преимущество, чаще вызываемые ими мутации имеют негативные последствия. «У грибов, производящих плодовые тела, размножение этих элементов ведёт к вырождению штамма, нестабильности культур, нарушениям роста и снижению урожайности. Кроме того, базидиомицеты продуцируют множество промышленно ценных белков, и активность транспозонов может блокировать их производство», — отметил исследователь.

Биоинформатические инструменты

Изучив геномы множества видов, Рауль Кастанера разработал биоинформатические инструменты, позволившие идентифицировать тысячи вставок транспозонов и создать детальные карты их присутствия для более 70 видов базидиомицетов, многие из которых важны для биотехнологической и агропищевой промышленности.

Эти карты могут использоваться для молекулярного типирования грибов и создания биотехнологических инструментов для определения функции неизвестных генов.

В ходе работы также была выполнена аннотация генома лигнин-разрушающего гриба Coniophora olivácea и генома патогена винограда Elsinoë ampelina в рамках международного проекта «1000 Fungal Genomes Project».