Новая модель объясняет огромное разнообразие размеров ДНК в природе

Новая модель, разработанная в Тель-Авивском университете, предлагает возможное решение научного вопроса о том, почему нейтральные последовательности, иногда называемые «мусорной ДНК», не элиминируются из генома живых существ в природе и продолжают существовать в нём даже спустя миллионы лет.

Согласно исследователям, объяснение заключается в том, что «мусорная ДНК» часто расположена в непосредственной близости от функциональной ДНК. События делеции (удаления) на границах между «мусорной» и функциональной ДНК с высокой вероятностью повредят функциональные области, и эволюция их отвергает. Модель способствует пониманию огромного разнообразия размеров геномов, наблюдаемого в природе.

Разработанное явление команда исследователей называет «пограничным индуцированным отбором» (border induced selection). Модель была создана под руководством аспиранта Гила Лёвенталя в лаборатории проф. Таля Пупко (Школа биомедицины и исследований рака им. Шмуниса, факультет естественных наук) в сотрудничестве с проф. Итаем Майрозом.

Ключевые моменты исследования:

• Парадокс: В ходе эволюции размер генома меняется. Например, у некоторых видов саламандр геном в десять раз больше человеческого.
• Наблюдение: Измерения скорости делеций и коротких вставок (indels) в псевдогенах (нефункциональных генах) показывают, что скорость делеций превышает скорость вставок у самых разных организмов — от бактерий до человека.
• Вопрос: Почему тогда геномы не сокращаются, если вероятность делеций выше?
• Ответ модели: В коротких нейтральных сегментах (например, интронах) делеции с высокой вероятностью затронут соседние функциональные области, жизненно важные для организма. Поэтому эволюция такие делеции отвергает.
• Следствие: Для коротких нейтральных сегментов возникает обратная предвзятость — вставок становится больше, чем делеций. Это позволяет коротким нейтральным сегментам сохраняться.
• Подтверждение: Результаты компьютерного моделирования с учётом «пограничного индуцированного отбора» хорошо совпали с реальным распределением длин интронов у человека. Модель объяснила:
  • Большой разброс в длинах интронов.
  • Сложную форму их распределения, не похожую на стандартную колоколообразную кривую.

Исследование опубликовано в журнале Open Biology.