Простой придорожный сорняк может стать ключом к пониманию и прогнозированию мутаций ДНК, говорится в новом исследовании Калифорнийского университета в Дэвисе и Института биологии развития Макса Планка в Германии. Результаты исследования, опубликованные 12 января в журнале Nature, радикально меняют наше понимание эволюции и в один прекрасный день могут помочь вывести лучшие сельскохозяйственные культуры или даже бороться с раком.

Мутации происходят, когда ДНК повреждается, создавая новую вариацию. Ученые хотели выяснить, является ли мутация чисто случайным явлением или это нечто более фундаментальное. То, что они обнаружили, стало неожиданностью. "Мы всегда считали, что мутации происходят в геноме практически случайно, - говорит Грей Монро, доцент кафедры растениеводства Калифорнийского университета. - Оказалось, что мутация очень неслучайна, и она неслучайна в том смысле, что приносит пользу растению. Это совершенно новый взгляд на мутацию".

Исследователи потратили три года на секвенирование ДНК сотен растений Arabidopsis thaliana, или кресс-салата, - небольшого цветущего сорняка, который считается "лабораторной крысой" из-за своего относительно небольшого генома, состоящего примерно из 120 миллионов пар оснований. У человека, для сравнения, около 3 миллиардов пар оснований. Более миллиона мутаций Работа началась в Институте Макса Планка, где исследователи выращивали образцы в защищенной лабораторной среде, что позволило растениям выжить в контролируемом пространстве.

Секвенирование rabidopsis thaliana выявило более 1 миллиона мутаций. Внутри этих мутаций была обнаружена неслучайная картина, противоречащая ожиданиям. "На первый взгляд, то, что мы обнаружили, противоречит устоявшейся теории о том, что начальные мутации совершенно случайны и что только естественный отбор определяет, какие мутации наблюдаются в организмах, - говорит Детлеф Вайгель, научный директор Института Макса Планка и старший автор исследования. Вместо случайности они обнаружили участки генома с низким уровнем мутаций. В этих участках чрезмерно были представлены гены, участвующие в росте клеток. "Это действительно важные области генома", - говорит Монро. - Области, которые являются наиболее биологически важными, защищены от мутаций". Эти области также чувствительны к вредному воздействию новых мутаций. "Поэтому репарация повреждений ДНК, по-видимому, особенно эффективна в этих областях", - добавляет Вайгель.

Ученые также обнаружили, как ДНК обернута вокруг различных типов белков, - а это уже показателем того, будет ли ген мутировать или нет. "Это означает, что мы можем предсказать, какие гены мутируют с большей вероятностью, чем другие, и это дает нам хорошее представление о том, что происходит", - поясняет Вайгель.

Полученные результаты вносят неожиданный поворот в теорию Дарвина об эволюции путем естественного отбора, поскольку показывают, что растения эволюционируют, чтобы защитить свои гены от мутации. Проще говоря, эволюция - это выживание. "Растение выработало способ защиты своих самых важных мест от мутаций, - рассказывает Вайгель. - Это очень интересно, потому что мы можем использовать открытие, чтобы подумать, как защитить гены человека от мутаций".

Знание того, почему некоторые области генома мутируют больше, чем а другие меньше, поможет селекционерам вывести лучшие культуры. Ученые также могут использовать эту информацию для лучшего прогнозирования или разработки новых методов лечения таких заболеваний, как рак. "Наши открытия дают более полное представление о силах, движущих закономерностями естественной изменчивости; они определяют новые направления теоретических и практических исследований роли мутации в эволюции", - говорится в заключении статьи.