Повеќето луѓе се запознаени со поимот длабок космос, но научниците истражуваат и нешто што се нарекува длабоко време. Благодарение на напредокот во генетиката, истражувачите денес можат да ги следат биолошките промени многу подлабоко во минатото отколку што беше можно досега. И покрај овие моќни алатки, многу прашања сè уште остануваат без одговор. Една долгогодишна загатка со децении ги предизвикува биолозите.
Гените и нивните функции често остануваат изненадувачки слични меѓу различни видови, дури и кога тие се разделиле пред стотици милиони години. Овој образец се забележува и кај растенијата и кај животните. Но, истата конзистентност не изгледа дека важи и за ДНК-та што го контролира вклучувањето и исклучувањето на гените. Научниците долго се обидуваа да утврдат дали ваквата регулаторна ДНК останува зачувана кај растенијата низ огромни еволутивни временски периоди. Со години, некои истражувачи сметаа дека таква зачуваност можеби воопшто не постои кај растенијата. Новите резултати покажуваат спротивно.
Откривање древна регулаторна ДНК кај растенијата
Студија објавена во списанието Science 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 познати како зачувани некодирачки секвенци (conserved non-coding sequences, CNSs). Тимот ги пронајде со помош на нов компјутерски алат наречен Conservatory, развиен преку соработка меѓу лабораториите на Идан Ефрони од Хебрејскиот универзитет, Медлин Бартлет од Sainsbury Laboratory при Универзитетот во Кембриџ и Закари Липман од CSHL.
Некои од овие CNS-секвенци се чини дека се исклучително древни. Истражувачите најдоа докази дека одредени секвенци потекнуваат уште пред расцепот меѓу цветните растенија и нивните нецветни предци, пред повеќе од 400 милиони години.
Споредба на стотици растителни геноми
Како научниците успеаја да откријат толку голем број претходно скриени регулаторни секвенци?
Истражувачите се фокусираа на анализирање на организацијата и составот на групи гени 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 праисториските видови до денешните растенија, тие успеаја да детектираат зачувани елементи што порано методи не ги забележувале.
Постдокторандот од CSHL, Анат Хенделман, ко-прв автор на студијата, рече дека тимот бил изненаден од тоа колку многу од овие регулаторни секвенци постоеле незабележани. „Со раздвојување и генетско уредување на овие CNS-секвенци потврдивме дека се суштински за развојната функција“, вели Хенделман.
Три клучни правила за еволуцијата на растителната регулаторна ДНК
Студијата 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 по хромозомот обично останува ист. Второ, кога растителните геноми се прераспоредуваат низ еволуцијата, CNS-секвенците може да се поврзат со различни гени. Трето, древните CNS-секвенци често остануваат присутни и по дупликација на гените, што е главен двигател на еволуцијата на растителните геноми и генските семејства.
„Всушност, ова беше една од причините CNS-секвенците да не можат да се откријат со истите пристапи што се користат кај животните“, објаснува Липман. „Не само што откривме CNS-секвенци со овој иновативен пристап. Утврдивме и дека новите регулаторни секвенци често настануваат од стари CNS-секвенци што биле изменети по дупликација на гените. Тоа помага да се објасни како се појавуваат нови регулаторни елементи.“
Нова мапа за растителната биологија и земјоделството
Проектот Conservatory создаде, како што велат истражувачите, „сеопфатен атлас на регулаторна зачуваност кај растенијата, вклучувајќи десетици културни видови и нивните диви предци“. Растителни биолози, како соработникот на CSHL Дејвид Џексон, сега можат да го користат овој ресурс за да истражат како регулаторната ДНК била зачувана и преработена низ еволуцијата на растенијата.
Овие наоди би можеле да бидат особено вредни за одгледувачите на култури кои се обидуваат да се справат 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 се инженеруваат или доусовршуваат особини кај културите“.
