Skąd pochodzą nowe geny? Na to pytanie zespół naukowców nauk biologicznych z U of A postanowił odpowiedzieć w nowym badaniu.
Naukowcy dokonali tego, badając ewolucję białek zapobiegających zamarzaniu u ryb — jest to istotna adaptacja umożliwiająca rybom przetrwanie w zamarzniętej wodzie poprzez zapobieganie tworzeniu się lodu poprzez wiązanie białek zapobiegających zamarzaniu z kryształkami lodu.
Zespół badał te białka w trzech niespokrewnionych liniach ryb i odkrył zaskakujące wyniki. Podczas gdy białka w każdej linii są funkcjonalnie i strukturalnie podobne, ewoluowały niezależnie z różnych źródeł genetycznych. To zjawisko, znane jako ewolucja konwergentna, stanowi rzadki przypadek konwergencji sekwencji białek. Pokazuje, jak te same cechy adaptacyjne — a nawet niemal identyczne sekwencje białek — mogą być wytwarzane poprzez całkowicie różne trajektorie ewolucyjne.
Badanie dostarcza konkretnych przykładów różnych mechanizmów ewolucyjnych, które mogą prowadzić do narodzin nowych genów. Wyniki sugerują, że nowe geny mogą powstawać poprzez ponowne wykorzystanie fragmentów genów przodków, przy jednoczesnym włączaniu całkowicie nowych regionów kodujących (części DNA kodujących białka). Ta innowacyjna koncepcja łączy lukę między całkowicie nowym powstawaniem genów z regionów niekodujących a bardziej tradycyjnym modelem, w którym nowe funkcje mogą powstawać z duplikowanych genów.
Badanie zatytułowane „Różnorodne pochodzenie niemal identycznych białek zapobiegających zamarzaniu w niespokrewnionych liniach ryb dostarcza informacji na temat mechanizmów ewolucyjnych powstawania nowych genów i konwergencji sekwencji białek” zostało opublikowane w Biologia molekularna i ewolucja. Współautorzy to Nathan Rives, Vinita Lamba, CH Christina Cheng i Xuan Zhuang. Współautorzy pierwsi, Rives i Lamba, są doktorantami w Zhuang Lab na U of A, którym kieruje adiunkt nauk biologicznych Xuan Zhuang, nadzorujący badanie. Cheng jest profesorem w School of Integrative Biology na University of Illinois Urbana Champaign.
Praca grupy wprowadza również nowy model, który pogłębia zrozumienie mechanizmów stojących za ewolucją nowych genów: Duplikacja-Degeneracja-Rozbieżność. Model ten wyjaśnia, w jaki sposób nowe funkcje genów mogą powstać ze zdegenerowanych pseudogenów — dawniej funkcjonalnych genów, które utraciły swoją pierwotną rolę. Model ten podkreśla również, w jaki sposób geny, które wydają się niefunkcjonalne lub „śmieciowe”, mogą ewoluować w coś zupełnie nowego, co jest koncepcją mającą istotne implikacje dla zrozumienia adaptacji w warunkach ekstremalnego stresu środowiskowego.
W kontekście ewolucji molekularnej praca ta stanowi istotny krok naprzód w zrozumieniu, w jaki sposób powstają i ewoluują nowe geny, oferując nowe spojrzenie na innowacje funkcjonalne, czyli recykling i adaptację genów.
