Фото: Franziska Braendle/ETH Zurich

Шрифты

Мы думаем о ДНК как о жизненно важных молекулах, несущих генетические инструкции для большинства живых существ, включая нас самих. Но не вся ДНК на самом деле кодирует белки; теперь мы находим все больше и больше функций, связанных с некодирующими ДНК, которые ученые привыкли считать «мусором».

Новое исследование предполагает, что сателлитная ДНК - тип некодирующей ДНК, организованной в длинные, повторяющиеся, очевидно бессмысленные цепочки генетического материала - может быть причиной того, что разные виды не могут успешно скрещиваться друг с другом.

Похоже, что сателлитная ДНК играет важную и существенную роль в удержании всех индивидуальных хромосом клетки вместе в одном ядре за счет работы клеточных белков.

По словам биологов Мадхава Джаганнатана (Madhav Jagannathan) и Юкико Ямаситы (Yukiko Yamashita), авторов нового исследования, эта важная роль у каждого вида управляется по-разному, что приводит к генетической несовместимости. Конфликт различных стратегий между видами может быть причиной того, что хромосомы рассыпаются за пределы ядра, по крайней мере частично, предотвращая размножение.

«Мы предлагаем объединяющую основу, которая объясняет, как широко наблюдаемая дивергенция (расхождение) сателлитной ДНК между близкородственными видами может вызвать репродуктивную изоляцию», - пишут они в своей статье.

Эта «дивергенция сателлитной ДНК» была хорошо установлена в предыдущих исследованиях, что привело к подозрениям относительно ее роли в видообразовании. В случае генома шимпанзе и генома человека, например, ДНК, кодирующая белок, почти идентична, в то время как «мусорная» ДНК почти полностью отличается.

В этом новом исследовании, экспериментирующем на плодовой мушке Drosophila melanogaster, исследователи заметили, что удаление гена, вырабатывающего белок под названием Prod – который связывается с определенным фрагментом сателлитной ДНК – привело к гибели мух, поскольку их хромосомы были разбросаны за пределы ядра клетки. Однако этот важный фрагмент сателлитной ДНК полностью отсутствует у ближайших родственников мух, которые прекрасно выживают и без него.

Это предполагает, что эти важные некодирующие последовательности материала ДНК эволюционировали по-разному у разных видов. Чтобы рассмотреть это поближе, команда исследовала гибридное потомство, полученное от самки D. melanogaster и самца от близкородственных видов D. simulans.

Мухи, выращенные таким образом, обычно очень быстро умирают или становятся бесплодными (стерильными). В данном случае исследование ткани гибридного потомства подтвердило то, что подозревали исследователи - что хромосомы (пакеты ДНК, необходимые для размножения) также были здесь нарушены.

«Когда мы посмотрели на эти гибридные ткани, было очень ясно, что их фенотип был точно таким же, как если бы вы нарушили сателлитную ДНК-опосредованную хромосомную организацию чистого вида», - говорит Ямасита, который работает в Массачусетском технологическом институте.

«Хромосомы были разбросаны, а не заключены в одно ядро».

Копнув еще дальше, исследователи получили здоровых гибридных мух, удалив у их родительских мух гены, которые, как известно, наносят вред гибридному потомству (так называемые «гены гибридной несовместимости»). Известно, что эти гены несовместимости локализуются в сателлитной ДНК у чистых видов.

Спутниковая ДНК довольно регулярно мутирует, и исследователи считают, что белки, которые связываются со сателлитной ДНК, чтобы удерживать хромосомы вместе, должны эволюционировать, чтобы не отставать. Это затем дает каждому виду свою собственную стратегию, когда дело доходит до операций сателлитной ДНК.

В будущем, команда хочет попытаться создать белок, который успешно связывается через сателлитную ДНК двух видов, сохраняя хромосомы там, где они должны быть. Это могло бы дать жизнеспособное потомство между этими видами, но на это потребуются годы.

«Наше исследование закладывает основу для понимания несовместимости гибридов на клеточном уровне у дрозофил, а также у других эукариот», - пишут исследователи.

Исследование было опубликовано в журнале Molecular Biology and Evolution.

Источники: Science Alert / ETH Zurich