Повеќето луѓе слушнале за „длабокиот вселенски простор“, но научниците сè почесто зборуваат и за длабоко време — поглед во далечното еволутивно минато. Благодарение на напредокот во генетиката, истражувачите денес можат да следат биолошки промени многу подлабоко во историјата отколку што беше можно порано. Но и покрај моќните алатки, некои од најголемите еволутивни загатки остануваа нерешени со децении.
Една од нив се однесува на тоа зошто гените често остануваат зачувани меѓу многу различни видови, дури и кога тие се разделиле пред стотици милиони години — нешто што се забележува и кај растенијата и кај животните. Но истата стабилност не беше очигледна кај ДНК-та што одредува кога гените се вклучуваат или исклучуваат. Токму оваа „контролна“ ДНК, позната како регулаторна ДНК, долго време беше мистерија кај растенијата. Некои научници дури сметаа дека кај растенијата вакво долгорочно зачувување можеби воопшто не постои. Ново истражување покажува дека тоа не е точно.
Откриена древна регулаторна ДНК кај растенијата
Студија објавена во списанието Science, на тим од Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) и соработници од целиот свет, идентификуваше повеќе од 2,3 милиони регулаторни ДНК-секвенци што се зачувани низ 314 растителни геноми од 284 видови. Овие секвенци се нарекуваат зачувани некодирачки секвенци (conserved non-coding sequences, CNSs).
Тимот ги пронајде со нов компјутерски алат, наречен Conservatory, развиен преку соработка меѓу лабораториите на Идан Ефрони од Хебрејскиот универзитет, Мадалин Бартлет од Sainsbury Laboratory, University of Cambridge и Закаи Липман од CSHL.
Некои од овие CNS-секвенци се покажаа како исклучително древни. Истражувачите пронајдоа докази дека одредени секвенци потекнуваат уште од периодот пред да се одделат цветните растенија од нивните нецветни предци — пред повеќе од 400 милиони години.
Споредба на стотици растителни геноми
Како научниците успеаја да откријат толку голем број претходно „невидливи“ регулаторни секвенци?
Тие се фокусираа на организацијата и составот на генските групи на многу мала скала. Со споредување на тоа како овие генски кластери се распоредени низ стотици растителни геноми и со следење на нивните обрасци од предците до современите растенија, истражувачите успеаја да откријат елементи што претходните методи ги пропуштале.
Постдокторантот од CSHL, Анат Хендлман, ко-прв автор на студијата, вели дека тимот бил изненаден од тоа колку долго овие регулаторни секвенци постоеле незабележано. „Раздвојувањето и генетското уредување на овие CNS-секвенци потврди дека тие се суштински за развојната функција“, истакнува Хендлман.
Три клучни правила за еволуцијата на растителната регулаторна ДНК
Истражувањето откри и три важни обрасци што помагаат да се објасни како CNS-секвенците еволуираат во растителните геноми.
Прво, иако физичкото растојание меѓу овие секвенци може да се менува, нивниот редослед долж хромозомот најчесто останува ист. Второ, кога растителните геноми се прераспоредуваат низ еволуцијата, CNS-секвенците можат да се поврзат со различни гени. Трето, древните CNS-секвенци често опстојуваат и по дуплирање на гените — процес кој е еден од главните двигатели на еволуцијата на растителните геноми и семејства на гени.
„Всушност, токму ова е една од причините зошто CNS-секвенците не можеа да се откријат со истите пристапи што се користат кај животните“, објаснува Липман. „Не само што откривме CNS-секвенци со овој иновативен пристап. Откривме и дека новите регулаторни секвенци често произлегуваат од стари CNS-секвенци, модифицирани по дуплирањето на гените. Тоа ни помага да разбереме како настануваат нови регулаторни елементи.“
Нов атлас за растителна биологија и земјоделство
Проектот Conservatory создаде, како што го опишуваат истражувачите, „сеопфатен атлас на регулаторно зачувување кај растенијата“, вклучувајќи десетици културни видови и нивните диви предци. Растителните биолози, меѓу кои и соработникот на CSHL, Дејвид Џексон, сега можат да го користат овој ресурс за да истражуваат како регулаторната ДНК се зачувувала и преправала низ растителната еволуција.
Наодите би можеле да бидат особено корисни за одгледувачите на култури кои се обидуваат да одговорат на предизвици како суша и недостиг на храна. Но значењето на откритието оди многу подалеку од земјоделството. Како што вели Липман, „ова е нов прозорец во еволуцијата на животот низ еоните и нова можност поефикасно да се инженеруваат или фино да се прилагодуваат особини кај културите“.
