Исследователи показали, что процесс, называемый метилированием ДНК, может защитить повторяющиеся гены от удаления из генома во время естественного отбора. Избыточные гены выживают и со временем формируются в процессе эволюции, порождая новые клеточные функции.«Это первое исследование, которое явно показывает, как связаны процессы метилирования ДНК и эволюции дублированных генов», — сказал Суджин Йи, доцент Школы биологии и Института биоинженерии и биологических наук им. Паркера Х. Петита в Институте Джорджии.
Технология.Исследование спонсировалось Национальным научным фондом (NSF) и должно было быть опубликовано на неделе 7 апреля в онлайн-выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).По крайней мере, половина генов в геноме человека дублируются. Дублирующиеся гены не только избыточны, но и вредны для клеток.
Большинство повторяющихся генов накапливают мутации с высокой скоростью, что увеличивает вероятность того, что дополнительные копии генов станут неактивными и потеряны со временем из-за естественного отбора.Новое исследование показало, что вскоре после образования дубликатов генов небольшие углеводороды, называемые метильными группами, присоединяются к регуляторной области дублированного гена и блокируют включение гена.Когда ген метилирован, он защищен от естественного отбора, что позволяет гену оставаться в геноме достаточно долго, чтобы эволюция могла найти ему новое применение.
Исследование показало, что некоторые молодые гены-дубликаты заглушаются метилированием почти сразу после образования.«То, что мы сделали, — это первый шаг в этом процессе, чтобы показать, что дубликаты молодых генов, по-видимому, сильно метилированы», — сказал Йи.Исследование показало, что средний уровень метилирования ДНК в регуляторной области дублированного гена значительно отрицательно коррелирует со временем эволюции. Таким образом, более молодые гены-дубликаты имеют высокий уровень метилирования ДНК.
По словам Томаса Келлера, научного сотрудника Технологического института Джорджии и первого автора исследования, примерно для трех четвертей изученных пар повторяющихся генов ген в паре, который был более метилирован, всегда был более метилирован во всех 10 исследованных тканях человека. «Для тканей, которые мы исследовали, наблюдалась замечательная последовательность в метилировании, когда мы смотрели на пары дубликатов генов», — сказал Келлер.Вычислительное исследование построило набор данных всех дубликатов генов человека, сравнивая каждую последовательность с любой другой последовательностью в геноме человека.
Затем были получены данные о метилировании ДНК для 10 различных тканей человека. Исследователи использовали компьютерные модели для анализа связи между метилированием ДНК и дупликацией генов.Человеческий мозг — один из примеров ткани, для которой дупликация генов сыграла особенно важную роль в ее эволюции.
В будущих исследованиях исследователи изучат связь между эпигенетической эволюцией и эволюцией человеческого мозга.