Биологи-генетики из Германии и США доказали, что мутации ДНК, благодаря которым эволюционируют организмы, неслучайны.
И это перечеркивает утверждение Чарльза Дарвина о том, что мутации должны появляться совершенно случайно. Оказывается, мутации происходят, когда ДНК после повреждения не восстанавливается в прежнем виде, а создает новую вариацию.
«Мы всегда считали, что мутации появляются во всех регионах генома с одинаковой частотой. Однако опыты на растениях показали, что это происходит вовсе не случайно. Причем направленный характер их появления несет пользу для представителей флоры. Это полностью переворачивает наши представления о значении мутаций для эволюции», — рассказал Грей Монро, один из авторов исследования, доцент Калифорнийского университета.
За три года исследования авторы провели секвенирование ДНК сотен растений Arabidopsis thaliana или резуховидки Таля — небольшого сорного цветка, который среди генетиков считается модельным растительным организмом из-за его относительно небольшого генома, включающего около 120 миллионов пар оснований.
Для сравнения, в геноме человека примерно три миллиарда пар оснований.
Это растение — близкий родич капусты. Ученые часто используют в своих исследованиях из-за небольшого размера его генома.
В ходе нового исследования Монро и его коллеги вырастили несколько тысяч саженцев резуховидки Таля и расшифровали их геномы.
Работу проводили в Институте биологии развития Макса Планка в Германии, где исследователи выращивали образцы в защищенной лабораторной среде, что позволяло растениям с дефектами, которые, возможно, не сохранились бы в природе, выживать в контролируемом пространстве.
Секвенирование выявило более одного миллиона мутаций, среди которых ученые выявили неслучайную закономерность, противоречащую тезису эволюционной теории о случайности мутаций. Оказалось, что в участках генома, отвечающих за рост клеток и экспрессию генов, мутации происходят очень редко.
«Наиболее биологически важные области генома защищены от мутаций. В этих регионах особенно эффективно происходит восстановление повреждений ДНК, Растение разработало способ защитить свои самые важные места от мутаций. Это захватывающе, потому что мы могли бы использовать это открытие, чтобы подумать, как защитить человеческие гены от мутаций», — объяснил Детлеф Фейгель , руководитель исследования, научный директор немецкого Института Макса Планка.
Новые знания помогут селекционерам, которые полагаются на генетическую изменчивость для получения более качественных культур, а также позволят в будущем разработать новые методы лечения заболеваний, вызванных мутациями, в том числе рака.