Дупликацией в биологии называют перестройку хромосомы, при которой ее участок оказывается удвоенным. Это явление происходит достаточно часто и является одним из источников мутаций. Гораздо реже происходит полногеномная дупликация, когда удваивается весь геном. Зато и влияние этого явления на эволюцию живых организмов намного сильнее. Это и стало темой очередной публичной лекции в Институте цитологии и генетики СО РАН.

Докладчик - зав. лабораторией сравнительной геномики ИКМБ СО РАН, к.б.н. Владимир Трифонов - в доступной форме рассказал, когда и кто из живущих на Земле видов удваивал свой геном, а также к чему это привело.

Впервые полиплоидию (кратное увеличение числа наборов хромосом в клетках организма) описал в своих работах профессор ботаники Гамбургского университета Ганс Альберт Винклер. Произошло это около ста лет назад - полиплоидии (сам он пользовался термином "гетероплоидия") посвящены его работы 1916-20 г.г. Первоначально полиплоидию наблюдали у растений. Но затем схожие явления были обнаружены и у животных. Более того, сегодня существует мнение, что полиплоидия оказалась вообще одним из факторов, способствовавших возникновению эукариот (живых организмов, чьи клетки содержат ядро). И сейчас науке известны случаи полиплоидии практически у всех базальных групп организмов - от инфузорий и грибов до позвоночных.

При этом, собственно полногеномную дупликацию долгое время считали уникальной особенностью позвоночных животных, в ранней эволюции которых она, по-видимому, произошла дважды. Собственно говоря, появление в результате этого большого числа новых генов может рассматриваться как одна из вероятных причин эволюционного успеха позвоночных. Однако последние исследования показывают, что очень похожее неоднократное удвоение генома случилось и в одной эволюционной ветви членистоногих, а именно у мечехвостов (Xiphosura). Правда, для них это удвоение оказалось не столь полезным.

Очередным большим прорывом в исследовании механизмов и эволюционной роли полногеномной дупликации считают работы японского генетика Сусумо Оно (1970-е годы). Началось с того, что ученый задался вопросом - а откуда вообще берутся новые гены, если известно, что в эволюционном масштабе времени они поразительно консервативны. И если бы их эволюция шла "в обычном режиме", то существующее разнообразие видов было бы недостижимо. Из этого, генетики сделал вывод, что в эволюции существовали механизмы, "ускоряющие" изменения генов. И предложил, что таким механизмом служат генные дупликации.

Возникающие в результате этого процесса дополнительные копии генов накапливают различия гораздо легче и свободнее, чем уникальные гены, - ведь их "порча" перестает быть опасной для жизни. Иначе говоря, новизна создается через избыточность. Это предположение вошло в мировую науку под названием "гипотеза 2R".

Почему же, именно полногеномная дупликация является значимым механизмом эволюции видов. Ведь частичная полиплоидия (удвоение одной из хромосом) встречается куда чаще. Однако в этом случае, гены, которые в результате приобрели дополнительные копии, начинают синтезировать больше продуктов, в то время как остальные работают по-прежнему. И выработанное в ходе предыдущей эволюции соотношение продуктов разных генов нарушается, отлаженная генетическая система начинает давать сбои. А вот при полногеномной дупликации такие сбои исключены, потому что в этом случае число копий всех генов увеличивается пропорционально. Отсюда Оно сделал вывод: при прочих равных условиях полногеномная дупликация является более безопасным способом эволюции, чем множество тандемных дупликаций, дающих сравнимый с ней суммарный эффект.

Именно этот эффект и разобрал в своей лекции Владимир Трифонов, дополнив построения Оно современными исследованиями, которые показывают, что полногеномная дупликация - даже более частое явление, чем предполагал автор "гипотезы 2R". И ее роль в видовом разнообразии биома Земли действительно весьма значительна.

Наталья Тимакова

Источники

"Эволюционируешь? Удваивайся!"
Академгородок (academcity.org), 20/09/2017

Похожие новости

  • 10/01/2017

    Академику Николаю Колчанову исполнилось 70 лет

    ​Николай Александрович Колчанов родился 9 января 1947 года в с. Кондрашино Омской области. В 1971 году окончил Новосибирский государственный университет. С 1974 года работает в Институте цитологии и генетики СО РАН, а с 2008 года - директор этого института.
    653
  • 27/08/2016

    Десятая Международная конференция «Bioinformatics of Genome Regulation and Structure\Systems Biology», BGRS\SB-2016

    С 29 августа по 2 сентября 2016 года Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук (ИЦиГ СО РАН, Новосибирск, Россия) проводит юбилейную 10-ую Международную мультиконференцию по биоинформатике регуляции и структуры геномов и системной биологии (Bioinformatics of Genome Regulation and Structure\ Systems Biology — BGRS\SB-2016).
    1608
  • 09/12/2016

    С мечтой о биотопливе

    ​Прошедший в Новосибирске XII Инновационно-инвестиционный Форум "Инновационная энергетика" целую секцию посвятил новым видам топлива. Думаю, не стоит даже уточнять, насколько это актуально для наших дней, особенно если речь идет о современных, экологически приемлемых технологиях переработки растительного сырья.
    603
  • 14/11/2016

    Академику Владимиру Солошенко исполнилось 70 лет

    ​Солошенко Владимир Андреевич Солошенко родился 12 ноября 1946 году в г. Черепаново Новосибирской области. Окончил Новосибирский сельскохозяйственный институт в 1970 году по специальности зоотехния. В 1970-1972 г.
    650
  • 13/04/2016

    В ИЦИГ СО РАН создают базу данных для обработки научной информации

    ​В Федеральном исследовательском центре «Институт цитологии и генетики СО РАН» разрабатывают универсальную систему для поддержки селекционно-генетических экспериментов, пока что тестируя ее на проектах, связанных с изучением пшеницы.
    912
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    874
  • 29/06/2016

    Научные бои в центре Новосибирска

    ​В Новосибирске прошел очередной сайнс-слэм. Организаторы впервые рискнули вывести его за пределы Академгородка, расположенного в 20 км к югу от центра Новосибирска, и провести научные бои в самом центре города, в модном баре "Рок Сити".
    786
  • 21/10/2016

    Какие стартапы зарабатывают на генетических исследованиях?

    ​Генетические тесты, которые позволяют подобрать фитнес-программу или узнать о творческих способностях ребенка, за пять лет в превратились из наукоемкого продукта в массовый сервис. Скрининги на основе таких тестов предлагают около десятка специализированных компаний, а услуги по расшифровке структуры ДНК появились в популярных сетях лабораторий.
    861
  • 05/07/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция по высокопроизводительному секвенированию в геномике

    ​​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН представили новые методы, использующие NGS секвенирование, уникальные для нашей страны, на II Всероссийской конференции "Высокопроизводительное секвенирование в геномике", прошедшей в новосибирском Академгородке.
    402
  • 31/03/2017

    Академик Николай Колчанов рассказал о развитии Селекционного центра

    30 марта на территории новосибирского Академпарка прошло очередное заседание членов Совета «Сибирской биотехнологической инициативы» (СБИ). СБИ – это программа, объединяющая объекты инновационной инфраструктуры и органы власти Сибирского федерального округа, в целях развития биотехнологий, медицины и фармацевтики.
    475