Согласно традиционному мнению биологов, центральным принципом эволюционной биологии было то, что эволюционные судьбы новых мутаций зависят от того, являются ли их эффекты хорошими, плохими или несущественными для репродуктивного успеха. Центральным в этой точке зрения является то, что «хорошие» мутации всегда хороши и приводят к репродуктивному успеху, в то время как «плохие» мутации всегда плохи и будут быстро исключены из генофонда.
Однако новое исследование, проведенное биологом-эволюционистом Джеем Сторцем из Университета Небраски-Линкольн, показало, что то, является ли данная мутация хорошей или плохой, часто определяется другими мутациями, связанными с ней. Другими словами, генетическая эволюция зависит от контекста.
В исследовании, которое будет опубликовано в выпуске журнала Science от 14 июня, Сторц и его коллеги из Университета Лос-Анджелеса и Орхусского университета в Дании сообщают, что отдельная мутация может быть полезной, если она возникает в сочетании с некоторыми другими мутациями, но та же самая мутация может пагубно сказаться на организме. организм, если он встречается в других сочетаниях.Исследователи изучили мутации, которые изменяют функцию гемоглобина, белка, отвечающего за транспортировку кислорода в крови. Физиологам давно известно, что у многих высокогорных животных развились гемоглобины с высоким сродством к кислороду, которые могут увеличивать поглощение кислорода в разреженном воздухе.
Более раннее исследование популяций североамериканских мышей-оленей, обитающих на больших и низких высотах, проведенное группой Сторца, показало, что у высокогорных мышей развились гемоглобины с повышенным сродством связывания с кислородом — и что эта разница объясняется комбинированными эффектами. генетических мутаций в 12 различных участках белка гемоглобина.Для открытия, о котором сообщается в Science, исследователи использовали метод, называемый «белковой инженерией», для синтеза белков гемоглобина, содержащих каждую из встречающихся в природе мутаций во всех возможных многосайтовых комбинациях.«Измеряя кислородсвязывающие свойства этих сконструированных гемоглобинов, мы обнаружили, что одни и те же отдельные мутации вызывают повышенное сродство к кислороду в некоторых комбинациях, и они вызывают снижение сродства к кислороду в других комбинациях.
Их эффекты полностью зависят от контекста», сказал Сторц, доцент биологических наук."Одно из важных выводов состоит в том, что при наличии взаимодействия между мутациями одни мутационные пути эволюции могут быть более доступными, чем другие. Эволюционная судьба новой мутации будет в решающей степени зависеть от того, какие другие мутации уже произошли.
Порядок, в котором мутации могут определять, будет ли эволюция с большей вероятностью идти одними путями, чем другими. Эволюция может следовать определенным путям только потому, что одни взаимодействия могут быть отрицательными, другие взаимодействия могут быть положительными. Эти виды эффектов взаимодействия определяют, какие пути мутаций открыты и доступны для эволюция ".Соавторы Сторца над научным докладом включают Хидеаки Морияма, доцент биологических наук в UNL, и двух других исследователей в лаборатории Сторца, научного сотрудника с докторской степенью Чандрасекара Натараджана и аспиранта Норико Иногучи; и Рой Э. Вебер и Анджела Фаго из Орхуса.
Исследование финансировалось грантами Национального института здоровья — Национального института сердца, легких и крови и Национального научного фонда США, а также факультета естественных наук Орхусского университета в Дании.Уже пятый раз за пять лет исследование Сторца публикуется в одном из крупнейших международных междисциплинарных журналов.
Наука издается Американской ассоциацией развития науки.
