Гены без шаблонов: многие гены — совершенно новые изобретения, а не просто модифицированные копии старых генов
Ученые из Института эволюционной биологии Макса Планка в Плёне показали, что новые гены часто формируются «с нуля», а не только как копии существующих генов.
Ключевые отличия молодых и старых генов
- Молодые гены короче старых.
- Молодые гены имеют более простую структуру: у них меньше экзонов и белковых доменов.
- С возрастом гены удлиняются, приобретая дополнительные экзоны и интроны.
Эти закономерности, выявленные при анализе более 20 000 генов мыши и подтвержденные на генах человека, рыбки данио и колюшки, противоречат классической модели, согласно которой новые гены возникают преимущественно через копирование и адаптацию старых.
Альтернативные механизмы возникновения
- Образование из нечитаемых участков генома: новые гены часто формируются в межгенных областях.
- Сдвиг рамки считывания: изменение стартовой точки считывания генетического кода (триплетов) приводит к синтезу совершенно нового белка. Пример — ген Hoxa9, контролирующий эмбриональное развитие, у грызунов и приматов использует дополнительную альтернативную рамку считывания.
Эволюционная динамика и регуляция
- Около 60% генов происходят от одноклеточных предков ранних этапов эволюции.
- Всплески образования новых генов совпадают с ключевыми эволюционными инновациями: переходом к многоклеточности и возникновением позвоночных.
- Новые гены относительно равномерно распределены по геному. Исключение — кластер генов на хромосоме 14, участвующих в контроле активности нейронов.
- Новые гены могут «заимствовать» регуляторные элементы (например, промоторы) у других генов для собственной активации, что упрощает их интеграцию в существующие генетические сети.