Исследование конвергентной эволюции проливает свет на возникновение новых генов

Группа исследователей в области биологических наук из Университета Арканзаса изучила эволюцию антифризных белков у рыб. Эти белки — ключевая адаптация, позволяющая рыбам выживать в ледяной воде: они связываются с кристаллами льда и предотвращают их рост.

Учёные исследовали эти белки у трёх неродственных линий рыб и обнаружили неожиданный результат. Несмотря на функциональное и структурное сходство белков, они эволюционировали независимо из разных генетических источников.

Это явление, известное как конвергентная эволюция, представляет собой редкий случай конвергенции белковых последовательностей. Оно показывает, как одинаковые адаптивные признаки — и даже почти идентичные белковые последовательности — могут возникать в результате совершенно разных эволюционных траекторий.

Исследование даёт конкретные примеры различных эволюционных механизмов, ведущих к рождению новых генов. Результаты показывают, что новые гены могут формироваться путём перепрофилирования фрагментов генов-предков с включением совершенно новых кодирующих областей (частей ДНК, кодирующих белки).

Эта концепция заполняет пробел между формированием совершенно новых генов из некодирующих областей и более традиционной моделью, в которой новые функции возникают из дуплицированных генов.

Работа также представляет новую модель, углубляющую понимание механизмов эволюции новых генов: Дупликация-Дегенерация-Дивергенция. Эта модель объясняет, как новые функции генов могут возникать из дегенерировавших псевдогенов — ранее функциональных генов, утративших свою первоначальную роль.

Модель также подчёркивает, как гены, кажущиеся нефункциональными или «мусорными», могут эволюционировать во что-то совершенно новое. Эта концепция имеет важное значение для понимания адаптации в условиях экстремального экологического стресса.

В контексте молекулярной эволюции эта работа представляет собой значительный шаг вперёд в понимании того, как рождаются и эволюционируют новые гены, предлагая свежий взгляд на функциональные инновации — или рециклинг и адаптацию генов.

Исследование: «Diverse origins of near-identical antifreeze proteins in unrelated fish lineages provide insights into evolutionary mechanisms of new gene birth and protein sequence convergence» опубликовано в журнале Molecular Biology and Evolution.