Рождение бактериального гена тРНК

Трансляция — это процесс преобразования генетической информации в белки, основные рабочие молекулы клетки. Небольшие молекулы, называемые транспортными РНК (тРНК), играют в этом ключевую роль; они являются адаптерными молекулами, которые сопоставляют кодоны (элементы генетической информации) с аминокислотами (элементами белков). Организмы содержат множество типов тРНК, каждый из которых кодируется одним или несколькими генами (набор генов тРНК).

В целом функция набора генов тРНК — переводить 61 тип кодонов в 20 различных видов аминокислот — консервативна у разных организмов. Тем не менее, состав набора генов тРНК может значительно различаться. Как и почему возникают эти различия, долгое время интересовало учёных.

Эволюция бактериального набора тРНК в лаборатории

Йенна Галли (руководитель исследовательской группы в Институте эволюционной биологии Макса Планка) и её команда изучили, как может эволюционировать набор генов тРНК бактерии Pseudomonas fluorescens, используя комбинацию математического моделирования и лабораторных экспериментов.

«Мы начали с удаления одного типа тРНК из генома бактерии, в результате чего получили штамм, который медленно растёт. Мы предоставили этому медленнорастущему штамму возможность улучшить свой рост в ходе эксперимента по эволюции в реальном времени. Мы наблюдали, как штамм неоднократно и быстро улучшался. Улучшение было связано с дупликацией крупных фрагментов бактериальной генетической информации, причём каждая дупликация содержала компенсирующий ген тРНК. В конечном итоге, устранение одного типа тРНК было компенсировано увеличением количества тРНК второго, другого типа», — сказала Галли. Продублированный тип тРНК может компенсировать потерю, потому что способен, хотя и с меньшей скоростью, выполнять функцию сопоставления кодон-аминокислота, которую выполнял удалённый тип тРНК.

Первое прямое наблюдение дупликации гена тРНК

Сравнения генов тРНК в родственных геномах ранее уже давали свидетельства дупликации некоторых генов тРНК в ходе эволюционной истории. Описанные здесь эксперименты предоставляют прямое, эмпирическое доказательство того, что наборы генов тРНК могут эволюционировать посредством событий дупликации.