Гены, пивные дрожжи и эволюция

Гены, находящиеся у основания хромосом, являются более склонными к удвоению

Способность дрожжевых клеток преобразовывать сахар в алкоголь, что является ключевым процессом в производстве пива и вина, может быть приписана замечательному эволюционному процессу. Гены, которые позволяют дрожжам переваривать сахар в плодах и зернах, были дублированы несколько раз с течением времени, – и теперь позволяют различным типам сахара (такого как сахароза и солодовый сахар) преобразовываться в алкоголь. Подобные дублирования возникают потому, что гены сахарной «обработки» расположены близко к подвижному краю хромосомы. Феномен, кажется, не ограничен одним только спиртовым «производством» из дрожжей: он формирует важный принцип в развитии живых организмов. Результаты представлены в совместном исследовании Кевина Верстрепена из «K.U.Leuven» и «VIB», института естественных наук во Фландрии, Бельгия, Эндрю Марри из Гарвардского университета, и Криса Брауна, студента университета «Verstrepen» и «Murray». Ислледование полностью представлено в издании «Current Biology».

Дублирование существующих генов - важный эволюционный процесс

Живые существа развивают генерацию после генерации, потому что их генетический материал имеет свойство постепенно изменяется. Остается тайной, как жизнь, в относительно короткий промежуток времени, разрабатывает полностью новые свойства. Маловероятно, что они просто появляются ни из чего. Недавнее исследование, среди других подобных, проведённых VIB-учеными, показало, что дублирование существующих генов может играть важную роль. Одна копия может сохранить оригинальную функцию гена, в то время как новая копия может разработать новую функцию. Последний может иногда очень отличаться от оригинального гена.

Проживание «на краю» увеличивает Ваши возможности быть дублированным

В новом исследовании Криса Брауна, студента факультета философии в лаборатории Верстрепена, выявлено, что некоторые гены, которые расположены близко к концам хромосом, чаще дублируются. Концы хромосом, названных подтеломерами, функционируют как эволюционные лаборатории наших ячеек. Новые гены непрерывно разрабатываются и проверяются в этих "генных питомниках".

Процесс дублирования очень важен для пивных дрожжей

Как оказалось, дублирование в подтеломерах уже встречалось в прототипе наших пивных и винных дрожжей - Современные штаммы пивных дрожжей содержат пять - десять копий доисторического гена, который позволяет перерабатывать сахар. Каждая из этих современных копий гарантирует, что дрожжи могут вываривать специфический сахар, и делать это намного быстрее, чем доисторические прототипы. Основательные дублирования встречались ещё в период Меловой эры (66 - 145 миллионов лет назад). Не было совпадением, что это произошло в тот же самый период, в который развивались пресные плоды и зерна. Дублирование генов и дальнейшая их эволюция привела к возможности вываривания дрожжевыми клетками сахара в плодах. Таким образом, subtelomeric- "генная лаборатория копирования"- гарантировала, что дрожжи были в состоянии завоевать новую нишу. Интересно, что подобная подтеломерическая дубликация гена также стимулирует развитие и адаптацию в организмах более высокого уровня, включая людей.

Источник:
Йорис Гансяманс
VIB (Институт биотехнологий Фландрии )