Истражувачи открија милиони древни ДНК-секвенци кои ги контролираат растителните гени, откривајќи скриен генетски систем што опстојува повеќе од 400 милиони години.
Научниците со децении се обидуваа да одговорат на едно старо прашање: дали регулаторната ДНК, односно деловите од геномот што одредуваат кога гените се вклучуваат или исклучуваат, е зачувана кај растенијата исто како и самите гени. Ново истражување објавено во списанието Science покажува дека одговорот е да.
Тим од Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) и соработници од целиот свет идентификуваше повеќе од 2,3 милиони регулаторни ДНК-секвенци зачувани низ 314 растителни геноми од 284 видови. Овие секвенци се познати како зачувани некодирачки секвенци (conserved non-coding sequences, CNSs).
Истражувачите ги пронашле со помош на нов компјутерски алат наречен Conservatory, развиен во соработка меѓу лабораториите на Идан Ефрони од Хебрејскиот универзитет, Медлин Бартлет од Sainsbury Laboratory Cambridge University и Закари Липман од CSHL.
Некои од овие CNS-секвенци се исклучително стари. Научниците открија докази дека дел од нив потекнуваат од период пред цветните растенија да се одделат од нивните нецветни предци пред повеќе од 400 милиони години.
Како успеале да откријат толку голем број досега скриени регулаторни секвенци? Клучот бил во анализата 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 денешните растенија, тимот успеал да забележи елементи што порано останале незабележани.
CSHL постдокторантката Анат Хендлеман, една од првите авторки на студијата, вели дека тимот бил изненаден од бројот на регулаторни секвенци што постоеле, а останале незабележани. „Нивното разложување и генетско уредување потврди дека се суштински за развојната функција“, вели Хендлеман.
Студијата издвојува и три важни правила за еволуцијата на растителната регулаторна ДНК. Прво, иако физичкото растојание меѓу овие секвенци може да се менува, нивниот редослед по хромозомот најчесто останува ист. Второ, кога геномите на растенијата се прераспоредуваат во текот на еволуцијата, CNS-секвенците можат да се поврзат со различни гени. Трето, древните CNS-секвенци често остануваат присутни и по удвојување на гените, што е главен двигател на еволуцијата на растителните геноми и генските семејства.
„Ова беше една од причините зошто CNS не можеа да се откријат со истите пристапи што се користат кај животните“, објаснува Липман. „Не само што ги најдовме CNS со овој иновативен пристап. Откривме и дека нови регулаторни секвенци често настануваат од стари CNS што биле модифицирани по удвојување на гените. Тоа помага да се објасни како се појавуваат нови регулаторни елементи.“
Проектот Conservatory создаде, како што наведуваат истражувачите, „сеопфатен атлас на регулаторна конзервација 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 истражат како регулаторната ДНК се зачувувала и се менувала низ еволуцијата на растенијата.
Овие наоди би можеле да бидат особено важни за одгледувачите на култури кои се соочуваат со предизвици како суша и недостиг на храна. Но значењето на откритието оди многу подалеку од земјоделството. Како што вели Липман, „ова е нов прозорец кон еволуцијата на животот низ еоните и нова можност поефикасно да ги инженериме или прилагодуваме својствата на културите“.
