В течение многих лет исследователи изучали, как мутации гена Инди (от «Я еще не умер») влияют на метаболизм, продолжительность жизни и репродуктивную способность как у млекопитающих, так и у дрозофил. Пока мутации в Indy изучаются экспериментально только в лаборатории.
Больше никогда. Новое исследование сообщает, что особенно важная разновидность гена с такими же жизненно важными последствиями на самом деле была широко распространена среди плодовых мух, судя по линиям, собранным в дикой природе по всему миру за 60 лет.Естественным изменением является вставка мобильного элемента — инвазивного фрагмента ДНК — в определенное место на Indy.
Исследователи, в том числе профессора биологии Университета Брауна Стивен Хельфанд и Роберт Ринан, обнаружили, что переносимый элемент, называемый Хоппель, в той или иной степени присутствовал в 17 из 22 линий плодовых мух, собранных со всего мира еще в середине прошлого века. Хоппель присутствовал на 100% мух в неволе, начатой в 2006 году в Мумбаи, Индия, например, а 55% мух произошли от тех, которые были собраны на Оаху, Гавайи, в 1955 году.Хельфанд напомнил, что в 2000 году, когда он впервые опубликовал в журнале Science статью, демонстрирующую влияние Инди на продолжительность жизни, пара репортеров спросила его, почему мутация, которая обладала такими преимуществами, не была обнаружена в дикой природе.
Действительно, 14 лет спустя широкое распространение инсерции Гоппеля позволяет предположить, что она была полезной для мух в дикой природе и, следовательно, сохранялась во время их эволюции, сказал Хельфанд из отдела молекулярной биологии, клеточной биологии и биохимии Брауна.«Примечательно, что только хоппель в Индию влияет на фертильность и продолжительность жизни, потому что эти мухи со всего мира имеют разное генетическое происхождение», — сказал Хельфанд. «Это говорит о том, что мы правы, что Indy действительно играет роль в долголетии.
Если он делает это в лаборатории, это здорово, но теперь мы можем показать, что он делает это в дикой природе».В исследовании, опубликованном 31 января в журнале Aging, исследователи во главе с докторантом Чен-Цех Чжу описывают эксперименты, которые подтверждают, что присутствие транспозона Гоппеля положительно влияет на продолжительность жизни и плодовитость мух. Они обнаружили, что оптимальным случаем для этих двух признаков является гетерозиготность: один аллель или копия гена Indy у мухи имеет вставку, а другой — нет.
Продолжительность жизни и плодородие
Исследователи измерили физиологические эффекты Хоппеля, посмотрев на мух трех разных линий: одна с острова Оаху, собранная в 1950-х годах, другая — с острова Капитан Кука, Гавайи, собранная в 2007 году, и одна с его происхождением из Идальго, Мексика, в 2005 году. было несколько мух, по крайней мере, с одной копией Инди с Хоппелем, а некоторые без Хоппеля в Инди.Гетерозиготные самки этих линий откладывали на 10% больше яиц, чем мухи, у которых не было аллелей Indy с Hoppel.
Мухи, у которых оба аллеля Инди имели Хоппель, откладывали наименьшее количество яиц. Это демонстрирует, что один аллель Indy с Hoppel имел сильное селективное преимущество в репродуктивной пригодности, сказал Хельфанд.
Что касается продолжительности жизни, то мухи, у которых был Хоппель хотя бы по одному аллелю Инди, жили значительно дольше, чем мухи без Хоппеля ни на одной из хромосом. Например, в одной группе самок к 60-му дню более 80 процентов гетерозигот и около 80 процентов с Хоппелем на обоих аллелях были все еще живы.
Для тех, у кого не было вставки Hoppel, менее 60 процентов все еще жужжали к 60-му дню.Инди и ХоппельНесмотря на все предыдущие лабораторные работы, исследователи до сих пор не совсем уверены, как работает Indy, с нашими мутациями без мутации, такими как вставка Хоппеля.
Белок, кодируемый геном, по-видимому, помогает проникать в цитоплазму клетки метаболически важными небольшими питательными веществами, такими как цитрат. Мутации в гене, по-видимому, влияют на концентрацию этих питательных веществ в клетке, эффективно имитируя эффект жизни на диете с ограничением калорий.
Было показано, что ограничение калорий и определенные мутации Инди увеличивают продолжительность жизни мух и нематод.Гипотеза, которую преследовали ученые, заключается в том, что мутации в Indy регулируют экспрессию нормального гена Indy, тем самым приводя к изменениям уровня активности Indy в организме в лучшую или худшую сторону.
По этой причине исследователи измерили уровни мРНК (молекулярные средства, с помощью которых экспрессируются гены) у мух. Они обнаружили, что чем больше было вставок Хоппеля, тем больше было выражения Инди. Гетерозиготы жили дольше всех и откладывали больше всего яиц, что позволяет предположить, что лучший уровень экспрессии может быть умеренным.
По словам Хельфанда, тот факт, что сменный элемент дает преимущества, является очень захватывающим открытием.«Часто высказывалось предположение, что внедрение мобильных элементов в гены в значительной степени вредно для организма», — сказал он. «Настоящее исследование — один из немногих задокументированных случаев, демонстрирующих, что введение мобильного элемента приносит пользу организму.
Кроме того, оно предполагает, что мутации из-за встраивания мобильного элемента в гены могут представлять собой один из способов, с помощью которых новый генетический материал производится, обеспечивая сырье для естественного отбора и адаптивной эволюции ».Помимо Чжу, Хельфанда и Ринана, другим автором статьи является Чэнъи Чанг.