Биологи пытаются определить, почему организм избавляется от ДНК

15:10, 8 апреля 2019

Выявление молекулярно-генетических механизмов гибридогенеза поможет понять логику эволюции

Исследование поможет понять, почему организм избавляется от генов. Фото: Полина Погребицкая.

Российские биологи совместно с коллегами из Японии хотят определить, какие механизмы запускают элиминацию генома при гибридизации близкородственных видов. Иными словами, пытаются понять, почему организм в какой-то момент распознает ДНК одного из родителей как чужеродную и избавляется от нее. На проведение исследования ученые получили грант РФФИ.

«Чужеродные гены могут попадать в организм по-разному. К примеру, их могут занести вирусы. Опасного в этом ничего нет, так как в ходе эволюции выработалась система, которая распознает эти фрагменты и либо помечает их „не читаем“, либо удаляет. Процесс избирательного уничтожения и есть элиминация генома — общий для всех организмов механизм, — поясняет руководитель проекта, профессор кафедры биоразнообразия и биоэкологии ИЕНиМ Владимир Вершинин. — Случается, что чужеродные фрагменты приносят новые биохимические возможности, которых не хватало организму. Если занесенный ген работает лучше, он может заместить родной. Это естественный процесс, который затем проверяется отбором в течение многих лет и поколений».

Определить пусковой механизм элиминации генома ученые пытаются на лягушках. Подопытными стали прудовые лягушки Нижегородской области, геном которых в ходе гаметогенеза гибридов часто элиминируется.

Гибридогенез у лягушек обнаружен в 1968 году, но механизм и причина элиминации все еще не установлены.

«Все данные в отечественных публикациях по этому вопросу получены в ходе исследований зеленых лягушек из Харьковской области. Но в популяциях этого региона среди гибридов встречаются полиплоидные формы, что делает задачу более интересной, но и усложняет ее, — говорит биолог. — Наша популяционная система более удобна как модель, поскольку она проще — здесь нет полиплоидных форм: триплоидов и тетраплоидов. Однако, несмотря на простоту, механизм элиминации генома универсален, так как имеет решающее значение для выживания и воспроизводства всех видов».

В планы исследователей также входило изучение японских бурых лягушек, но со временем от этой задумки отказались.

«Как выяснилось, скорость элиминации генома у выбранных видов бурых лягушек очень низка. Кроме того, оказалось, что нет смысла изучать метилирование, которое не имеет отношения к элиминации генома. По этой причине наши партнеры скорректировали планы», — рассказывает биолог.

Вместе с тем, эксперименты на зеленых лягушках также требуют немало времени. Для продолжения работы необходимо скрестить разные виды, получить гибриды, дождаться половозрелости и затем исследовать их потомство.

«Потомство мы можем получить за один сезон. Но до половозрелости лягушка должна расти три года, — поясняет Вершинин. — Проводить исследования мы начали раньше, еще до того, как получили грант, и, думаю, что по окончанию гранта наше сотрудничество с японскими коллегами не закончится».

Лягушек изучают на уникальном оборудовании в Центре исследования амфибий Хиросимского университета. Это единственное в мире учреждение, имеющее многолетний опыт, технические возможности и необходимые средства для искусственного разведения и выращивания лягушек на протяжении нескольких поколений.

Результаты исследования этого года и новые рабочие гипотезы ученые пока не раскрывают. Предполагается, что они будут представлены на конференции, которая состоится в УрФУ в сентябре.

«Так как мы сейчас в процессе работы, не хотелось бы раскрывать результаты, которые не получили окончательного подтверждения, — поясняет Владимир Вершинин. — Могу только сказать, что коллеги в Японии проделывают филигранную работу высочайшего уровня. Данные, которые мы получаем, каждый раз удивляют нас, поскольку все не так просто, как может показаться на первый взгляд».