Первоначально считалось, что эти эгоистичные гены не сохранятся в популяциях в течение длительного периода времени.

Открытие может изменить наше понимание того, как паразитическая ДНК влияет на эволюцию генома.

Мейотические драйверы, своего рода эгоистичный ген, действительно эгоистичны. Они встречаются в геномах практически всех видов, в том числе и человека, и несправедливо передают свой генетический материал более чем половине своего потомства, что приводит к бесплодию и нарушению здоровья организма. До недавнего времени считалось, что их продолжительность жизни в течение эволюционного времени невелика из-за их паразитического потенциала.

Институт медицинских исследований Стоуэрса в сотрудничестве с Национальным институтом биологических наук в Пекине, Китай, обнаружил семейство эгоистичных генов, которое просуществовало более 100 миллионов лет — в десять раз дольше, чем любой другой когда-либо идентифицированный драйвер мейоза, — что ставит под сомнение устоявшиеся представления о том, как естественный отбор и эволюция справляются с этими угрожающими последствиями.

«Всегда считалось, что из-за того, что эти гены такие неприятные, они не будут оставаться в популяциях очень долго», — сказала младший исследователь Сара Зандерс, доктор философии. «Мы только что узнали, что это неправда, что геномы просто не всегда могут избавиться от них».

Мейотические драйверы названы так потому, что они могут буквально «управлять» передачей своих генов по всему геному, часто с негативными последствиями. Таким образом, естественный отбор является основной силой, противодействующей эгоистичным генам, благоприятствующей генетическим вариациям, которые устраняют стремление вида к восстановлению плодовитости и общего состояния здоровья.

«Естественный отбор имеет ограниченную способность удалять мейотические драйверы из популяции», — сказал Зандерс. «Представьте себе проведение отборов футбольных команд (естественный отбор) для найма лучших игроков (гены, способствующие физической подготовке). Водители — это игроки, которые саботируют попытки других игроков. Пилоты составляют команду, но не потому, что они хороши в футболе».

Исследователь Stowers Сара Зандерс рассказывает об открытии. Предоставлено: Институт медицинских исследований Стоуэрса.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале eLife под руководством Микаэля Де Карвальо, доктора философии, из лаборатории Зандерса, и Го-Сун Цзя, научного сотрудника лаборатории Ли-Лин Ду, доктора философии, впервые определили, что семейство эгоистичных генов, называемых wtf , не только процветало у делящихся дрожжей Schizosaccharomyces pombe , но и было передано трем уникальным видам дрожжей, которые отделились от S. pombe около 119 миллионов лет назад.

«Это открытие является особенно новым, поскольку семейство приводных генов процветало по крайней мере в десять раз дольше, чем то, что генетики когда-либо считали возможным», — сказал Зандерс.

Во время мейоза, специализированного клеточного деления, дающего начало репродуктивным клеткам, таким как сперматозоиды и яйцеклетки, наследование генетического материала из набора хромосом от каждого родителя составляет 50/50 или равновероятно для каждой репродуктивной клетки.

Мейотические драйверы дрожжей на самом деле являются более мощными генетическими паразитами. Семейство генов wtf является убийцей мейотических драйверов; они не только передают эгоистичный ген более чем 50 % потомства, но затем уничтожают репродуктивные клетки — или споры дрожжей, — которые не наследуют ген драйва.

Естественный отбор в геноме обычно спасает вид от эгоистичных генов, отдавая предпочтение генам, которые подавляют или заглушают драйв, делая его бесполезным. То, как семейство генов wtf избежало подавления, во многом связано с их быстрыми темпами мутаций.

Эта настойчивость меняет наше представление о том, как вид может преодолеть ожидаемое увеличение бесплодия, которое обычно приводит к вымиранию. Это также меняет то, как ученые могут искать и идентифицировать семейства эгоистичных генов у разных видов, включая человека.

«До сих пор при поиске потенциальных драйверов в геноме я бы не рассматривал «старые» гены как возможность», — сказал Зандерс. «Поскольку эгоистичные гены являются основными движущими силами эволюции, это новое открытие открывает двери для размышлений о том, как движущие силы могут оказывать устойчивое долгосрочное влияние на эволюцию генома».

Ссылка: «Семейство генов-драйверов мейоза wtf неожиданно сохранилось более 100 миллионов лет» Микаэль Де Карвалью, Го-Сун Цзя, Ананья Нидамангала Шриниваса, Р. Блейк Биллмайр, Ян-Хуэй Сюй, Джеффри Дж. Ланге, Ибрагим М. Саббарини, Ли-Лин Ду и Сара Э. Зандерс, 13 октября 2022 г., eLife .
DOI: 10.7554/eLife.81149

Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, Институтом медицинских исследований Стоуэрса, Министерством науки и технологий Китая и муниципальным правительством Пекина.

Содержание является исключительной ответственностью авторов и не обязательно отражает официальную точку зрения NIH.