Эксперименты с бактериями показали, что гены могут сливаться, приводя к синтезу новых белков

Исследователи из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне совместно с коллегами из Новой Зеландии изучали возникновение новых, лучше адаптированных типов клеток в лаборатории. Они обнаружили, что один из механизмов, с помощью которого бактерии могут развивать новые признаки, — это слияние двух существующих генов.

В лабораторных экспериментах изучалось, как бактерия Pseudomonas fluorescens эволюционирует для выживания в жидкой среде. Предковый тип растёт в толще бульона, но истощает кислород, что создаёт условия для появления мутантов, образующих маты на границе воздуха и жидкости. Эти мутанты легко обнаружить по уникальной морщинистой морфологии колоний.

Образование матов вызывается различными мутационными изменениями в генах, регулирующих активность ди-гуанилатциклазы. Когда исследователи исключили пути, подверженные негативной регуляции, они обнаружили набор ранее неизвестных мутаций, вызывающих морщинистый фенотип.

• В некоторых клетках ген ди-гуанилатциклазы попал под контроль нового промотора, что привело к увеличению производства этого фермента.
• В других морщинистых клетках активность этого гена была неизменной. Анализ показал, что эти мутанты содержали химерный ген, образованный из гена ди-гуанилатциклазы и соседнего гена. Белок, кодируемый последним, в норме активен в клеточной мембране.

«Должно было произойти событие слияния двух генов, кодирующих белки, которые обычно находятся в разных местах внутри клетки», — объясняет Пол Рэйни. Новый белок обладает мембранным доменом и встраивается в клеточную мембрану. Это активирует белок, что приводит к увеличению производства целлюлозы.

У других организмов белки, образующиеся в результате слияния генов, также часто оказываются в иной локализации внутри клетки. Например, у человека ген Kua-UEV — результат слияния генов Kua и UEV. Новый белок UEV теперь локализуется на внутренних мембранах клетки и выполняет новую функцию.

«Хотя в наших экспериментах события слияния генов составляли лишь около 0,1% мутаций, приводящих к морщинистому фенотипу, вне лаборатории они могут встречаться чаще», — говорит Рэйни.