Российские и зарубежные ученые впервые проследили за появлением большого числа вредных мутаций в ДНК людей и мушек-дрозофил и раскрыли механизм, препятствующий быстрому их накоплению в геноме, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Мы давно думаем над тем, как человечеству удается справляться с большим количеством мутаций. Каждый новорожденный имеет около 70 мутаций, отсутствующих у его родителей. По текущим оценкам, как минимум 10% будут вредными и будут постепенно накапливаться в геноме. Если бы это было бы так, то человечества в его текущих размерах не существовало бы, что порождает парадокс", — пишут Алексей Кондрашов из  МГУ имени М.В. Ломоносова и его коллеги.

Как рассказывают исследователи, эволюционисты уже несколько десятилетий спорят о том, как работает так называемый "отрицательный естественный отбор" – очистка популяции от вредных мутаций и связанная с ней защита от попадания в эволюционную "яму", тупик развития.

Проблема заключается в том, что не все вредные мутации ведут к смерти зародыша или резкому понижению жизнеспособности организма, и их накопление в геноме того или иного вида может постепенно привести к тому, что он станет неконкурентоспособным. Этого, однако, в большинстве случаев не происходит, что ставит перед учеными вопрос – что помогает естественному отбору "вычищать" такие мутации из генома?

Как рассказывает Кондрашов и его коллеги из Института проблем передачи информации РАН, Сколтеха и зарубежных научных центров, сегодня существует две точки зрения на счет того, как вредные мутации влияют на жизнеспособность их обладателя.

Сторонники первой считают, что каждая мутация вносит свой независимый "вклад" в гибель вида, и каждая из них уменьшает приспособленность на одинаковое относительное значение, постепенно понижая шансы на продолжение рода. Вторая теория говорит о том, что каждая новая вредная мутация наносит значительно больше ущерба, чем предыдущая. Подобная взаимосвязь, которую ученые называют эпистазом, приводит к тому, что индивидуумы, несущие слишком много вредных мутаций, крайне редко оставляют потомство.

Российские биологи и их зарубежные коллеги проверили, какая из этих двух теорий верна, изучив наборы мутаций в ДНК нескольких групп людей, участвовавших в масштабных проектах по секвенированию ДНК в Нидерландах и странах Восточной Азии и Африки, а также мушек-дрозофил, которых другие ученые выращивали в своих лабораториях.

В этих наблюдениях они опирались на простую математическую закономерность – если теория равного вклада верна, то число потомства, оставляемого мушками и людьми, должно плавно понижаться по мере накопления мутаций. Если же для эволюции дрозофил и человека характерен эпистаз, то тогда такие изменения будут нелинейными.

Оказалось, что появление новых вредных мутаций и в геномах мушек, и в ДНК человека влияло на их жизнеспособность больше, чем предыдущие негативные изменения в структуре генов. Как поясняют ученые, это хорошо объясняет то,  почему мы до сих пор не вымерли – негативные мутации усиливают действие друг друга и их накопление резко снижает шансы на то, что их носители продолжат род и распространят свои мутировавшие гены по популяции.

Источник: РИА Новости

Китайские ученые расшифровали геном дерева гинкго - «живого ископаемого», которое дожило до наших дней с мезозойской эры. Новые данные проливают свет на причины живучести этого растения.

ГинкгоРезультаты работы, проведенной генетиками из Университета Чжэцзяна, опубликованы в журнале GigaScience.

Гинкго (Ginkgo biloba) - это единственный сохранившийся представитель класса гинкговые, который был когда-то широко распространен по Евразии в мезозое. Первые растения, относящиеся непосредственно к роду гинкго, появились еще в начале юрского периода, около 200 млн лет назад. В наши дни гинкго произрастает в ботанических садах разных стран и активно используется в медицине.

Тем не менее, расшифровка генома гинкго до сих пор представляла непреодолимые трудности для генетиков. Дело в том, что его длина достигает 10 миллиардов пар нуклеотидных оснований. Это поистине астрономический показатель, если учесть, что геном арабидопсиса, модельного вида, на примере которого обычно изучается физиология растений, короче в 80 раз. Гинкго превосходит по длине генома даже кукурузу и орхидей, рекордсменов по этому показателю в растительном мире.

Авторы статьи, работая на пределе вычислительных возможностей компьютеров, смогли справиться с этой проблемой. Расшифрованное ДНК гинкго заняло около 2 терабайт на жестком диске. По словам авторов статьи, аномальная длина генома «живого ископаемого» связана с тем, что в прошлом он подвергся удвоению. Кроме того, доля повторяющихся последовательностей в нем составляет 76,85%, а по длине интронов (некодирующих отрезков ДНК) гинкго оставляет позади все известные виды.

Возможно, именно умножение одних и тех же участков генома и является главным секретом живучести гинкго. Известно, что оно смогло пережить оледенения в Китае, уничтожившие многие другие реликтовые виды, а также ядерные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки. Из 40 с лишним тысяч генов, которыми обладает гинкго, оно удваивало те, что отвечают за борьбу с растительноядными насекомыми. Также в его геноме закодированы вещества, привлекающие хищных насекомых, уничтожающих фитофагов.

Помимо прочего, гинкго обладает внушительным генетическим арсеналом, позволяющим справляться с бактериальными и грибковыми заболеваниями. Ученые надеются, что секреты гинкго пригодятся при защите культурных растений от вредителей. Кроме того, расшифровка его генома поможет точнее реконструировать родословную голосеменных.

Источник: infox.ru

Генетики смогли извлечь ДНК из древнейших останков "культурной" кукурузы и восстановить ее геном, указавший на более древние корни любимого растения Никиты Сергеевича Хрущева, чем мы считали раньше, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Древняя кукуруза"Примерно девять тысяч лет назад люди, жившие на территории современной Мексики, начали собирать и есть дикую траву под названием теосинте. Через несколько тысяч лет эта заурядная трава, благодаря селекции и искусственному отбору, превратилась в современную кукурузу. Она настолько сильно отличается от теосинте, что несколько десятилетий назад ученые не могли понять, кто же на самом деле был ее предком", — рассказывает  Нэйтан Уэйлс (Nathan Wales) из Музея естественной истории Дании в Копенгагене.

На сегодняшний день среди ученых нет единого мнения насчет того, где и когда произошло одомашнивание кукурузы. Часть археологов и генетиков считает, что это случилось относительно недавно, около пяти тысяч лет назад, на территории Перу, а другие полагают, что "приручение" кукурузы состоялось значительно раньше, около 10 тысяч лет назад, и произошло на территории Мексики, в долине Техуакан.

Как объясняют ученые, поиски правильного ответа в данном случае затруднены тем, что теосинте совершенно непохожа на современную кукурузу – в ее початке содержится всего 9-12 зерен, которые упакованы в очень прочную "скорлупу" и которые выпадают из нее после достижения зрелости, что очень сильно затрудняет сбор урожая. Соответственно, у ученых не было до недавнего времени никаких идей насчет того, что именно привлекло внимание древних селекционеров в этом невзрачном растении.

Сравнение теосинте и кукурузыУэйлс и его коллеги приблизились к ответу на эту загадку, успешно восстановив ДНК из самого древнего на сегодняшний день початка кукурузы, чей возраст составляет 5310 лет. Он был обнаружен в долине Техуакан в 1960 годах экспедицией археологов под руководством Ричарда Макниша (Richard MacNeish), и он хранился, в отличие от всех остальных находок такого рода, в почти стерильных условиях.

Родословная с набором генов, связанных с окультуриванием и улучшением кукурузыХорошие условия хранения, как рассказывает Уэйлс, обеспечили то, что в останках кукурузы сохранилось необычно много растительной ДНК  — около 70% обрывков, которые ученым удалось извлечь из нее, представляли собой части генома кукурузы, а не бактерий или людей, что облегчило его "воскрешение". Благодаря этому ученым удалось восстановить полный геном древней кукурузы, прочтя все гены почти по два раза, и сравнить его с ДНК теосинте и современных сортов этого растения.

Сравнив наборы мелких мутаций в генах древней мексиканской кукурузы и ее родичей, команда Уэйлса с удивлением обнаружила, что данное растение с точки зрения эволюции находилось почти ровно посередине между диким предком кукурузы и ее современными сортами. Это означает, что кукуруза окультуривалась к тому времени уже продолжительное время, и успела приобрести часть генов, которые отвечают за "культурные" свойства кукурузы.

К примеру, у древней кукурузы уже была "мутантная" версия гена tga1, отвечающего за покрытие зерна твердой оболочки, а также zmgl и ba1, отвечающие за цветение кукурузы и рост ее стебля. Другие гены, к примеру, последовательности, отвечающие за накопление крахмала и крепление зерна к початку после созревания, отсутствуют в початке из Техуакана, что означает, что они появились у современной кукурузы заметно позже.

Все это, как считают авторы статьи, говорит о том, что одомашнивание кукурузы началось задолго до этого, примерно 9-10 тысяч лет назад, и продолжалось достаточно долго.  Дальнейшее изучение этой "воскрешенной" ДНК, как надеются генетики, поможет нам понять, какую роль кукуруза играла в жизни древних индейских цивилизаций и как они проводили ее окультуривание.

Источник: РИА Новости

Согласно мнению большинства современных (и не очень) ученых, жизнь зародилась и первое время развивалась в водной среде. Лишь впоследствии разные группы организмов – от бактерий до растений, моллюсков и позвоночных – стали осваивать сушу. О том, насколько сложным был этот переход, можно судить уже по тому, что первые достоверные следы наземных организмов встречаются нам лишь спустя несколько миллиардов лет после появления жизни.

Эволюционное деревоМало кто знает, но все наземные организмы произошли от небольшого числа видов древних животных, успешно освоивших сушу. О том, как именно им это удалось, рассказали недавно исследования эволюции митохондрий, предпринятые несколькими немецкими учеными.

 В основе обмена веществ лежит энергия, а в организме большую часть энергии вырабатывают митохондрии. 13 митохондриальных генов кодируют белки, которые используются в процессе метаболизма. Результатом работы митохондрий является образование АТФ – своеобразных энергетических консервов, используемых живой клеткой. Немецкие исследователи предположили, что при адаптации организмов к наземному образу жизни в генах митохондрий должны были происходить определенные изменения, направленные на повышение общей метаболической эффективности клетки.

 Искать следы этих изменений решено было у моллюсков, поскольку многие семейства именно этой группы животных осваивали сушу независимо. Благодаря этому есть возможность найти схожие генетические адаптации в разных эволюционных линиях. Нужно сказать, что подавляющее большинство прежних исследований приспособленности организмов к наземной жизни проводились на позвоночных. Однако беспозвоночные гораздо многочисленнее и разнообразнее – именно они составляют 95% всего разнообразия царства животных.

 Исследователи сравнивали митохондриальный геном моллюсков из клады Euthyneura – наиболее широко распространенных брюхоногих, обитающих в море, на литорали, в пресной воде и на суше. В ходе своей работы ведущий автор исследования Педро Ромеро (Pedro Eduardo Romero) из Исследовательского центра климата и биоразнообразия Зенкенберга и его коллеги установили, что у разных групп моллюсков, независимо освоивших сушу, изменению подверглись одни и те же митохондриальные гены – cob и nad5. Это свидетельствует о том, что на разные группы организмов влияли схожие силы отбора. Оба гена влияют на регуляцию выработки энергии, что согласуется с предположением, согласно которому переход к наземному образу жизни привел к увеличению затрат энергии.

 Митохондриальные белки крайне важны для организма и поэтому их структура и функции слабо различаются даже у неблизкородственных организмов. А это значит, что можно сравнить аминокислотные последовательности моллюсков с такими же последовательностями у дельфинов, летучих мышей, людей и крыс. В ходе такого сравнения было установлено, что следы отбора присутствуют в тех же аминокислотных позициях и у позвоночных.

 Таким образом, одна и та же адаптация к изменению энергетических потребностей может встречаться не только у позвоночных, но и у моллюсков. Одни и те же белки, а иногда и одни и те же аминокислотные последовательности подвергаются отбору при резком изменении энергетических потребностей, например у китов, при их переходе к морскому образу жизни, у летучих мышей, во время освоения ими полета, у грызунов, переходящих от жизни на поверхности к жизни под землей.

 Похоже, отмечают исследователи, что в резко изменяющихся условиях животные из разных групп получают очень схожие приспособления на уровне молекулярного аппарата, так как именно эти изменения являются ключевыми для удовлетворения возросших энергетических потребностей.

 Проведенная работа является всего лишь отправной точкой – в дальнейшем немецкие ученые намерены провести сравнение групп организмов, освоивших сушу, используя не только митохондриальный геном, но и полученные современными способами секвенирования полные геномы организмов. Все это должно помочь определить и другие молекулярные адаптации, позволившие нашим предкам освоить сушу.

Источник: PaleoNews

Ведущим, если не главным фактором в эволюции людей могли быть вирусы – ученые выяснили, что примерно треть "человеческих" белков, отличающих нас от обезьян, имеет вирусную или противовирусную природу, говорится в статье, опубликованной в журналеeLife.

"Когда в популяции животных происходит эпидемия в некоторой точке их эволюции, она или приспосабливается к инфекции, или вымирает. Мы знали, что такое происходило и с человечеством, но нас действительно удивило то, как сильно этот феномен проявлялся в нашей эволюции, и то, насколько четким был узор тех изменений, которые оставили нам вирусы. С таким мы сталкиваемся впервые", — заявил Дэвид Энард (David Enard) из Стэнфордского университета(США).

Энард и его коллеги выяснили, что вирусы управляли нашей эволюцией фактически с момента разделения предков людей и шимпанзе, наших ближайших родичей, изучая структуру почти 1,3 тысячи белков, которые так или иначе реагировали на появление вирусов в организме, соединяясь или взаимодействуя с их белками и генетическим материалом. Эти белки и связанные с ними гены, подчеркивают исследователи, не были обязательно частью иммунной системы – большая часть из них отвечала за работу совершенно других функций клеток и тела.

Как объясняют ученые, их интересовало то, как различные патогены, встраивающиеся в геном или меняющие его работу, могут влиять на эволюцию отдельных видов, родов и семейств животных. Для ответа на этот вопрос группа Энарда сравнила то, как сильно различаются гены, содержащие в себе инструкции по сборке этих "вирусных" белков, в ДНК людей, шимпанзеи других млекопитающих, а также то, как поменялись остальные гены, не связанные с вирусами.

Этот масштабный анализ раскрыл удивительную вещь – оказалось, что белки и гены, связанные с реакцией на присутствие вирусов, менялись в три раза быстрее, чем остальные участки генома и протеома. Это означает, что вирусы были одним из основных факторов в эволюции человека и других млекопитающих, который в нашем случае отвечает за примерно 30% изменений, которые произошли в нашем геноме с момента разделения предков человека и шимпанзе.

"Нас всех интересует, как эволюционировали мы и все остальные организмы на Земле, и те вещи и обстоятельства, которые сделали нас людьми. Открытие того, что наша вечная война с вирусами сформировала фактически все части нашего организма – не только горстку белков, борющихся с инфекциями, а абсолютно всё – является ошеломительным откровением для нас. Жизнь борется и сосуществует с вирусами уже миллиарды лет, и наша работа показывает, что это сосуществование затронуло все части клетки", — заключает Дмитрий Петров, коллега Энарда.

Источник: РИА Новости

Генетики из университета Вашингтона в Сиэттле (США), под руководством доктора Джошуа Эйки (Joshua Akey) разобрались в запутанных сексуальных отношениях между древними людьми (Homo sapiens) и нашими ближайшими родственниками — неандертальцами (Homo neanderthalensis) и денисовцами (Homo sapiensssp. Denisova). Статья об этом опубликована в журнале Science.

Обобщив и проанализировав собранные за последнее время генетические данные, ученые реконструировали переплетающееся родословное древо разных современных человеческих рас. Выяснилось, что подавляющее большинство африканцев вообще не имеют в предках неандертальцев. У жителей каждого жителя Восточной Азии в роду их было трое, у европейца и жителя Южной Азии — двое, а у меланезийца — только один. Зато у меланезийцев много (от 2% до 4%) генов, унаследованных от денисовцев.

Это означает, что первое массовое скрещивание людей с неандертальцами произошло уже после того, как они вышли из Африки (видимо, где-то на Ближнем Востоке). Сразу после этого от выходцев из Африки отделились меланезийцы, которые, мигрируя на юго-восток, встретили уже где-то в Азии денисовцев — тоже с романтическими последствиями. После второго скрещивания с неандертальцами предки современных жителей Европы и Южной Азии отделились от восточных азиатов. И уже затем последние тесно пообщались с неандертальцами еще раз.

Все эти скрещивания, по-видимому, имели вполне практическую пользу, спасая наших предков от опасных болезней. «По мере того, как современные люди распространялись по миру, они сталкивались с незнакомыми доселе патогенами. Возможно, они [неандертальцы и денисовцы, «поделившиеся» с Homo sapiens своими генами] действительно помогли нам выжить в этих новых условиях», — цитирует слова доктора Эйки The NewYork Times. 

Источник: Научная Россия

Ученые обнаружили в древнейших образцах неандертальской ДНК с Алтая вкрапления человеческого генома, которые говорят нам о том, что первые люди проникли в Азию уже 100 тысяч лет назад, задолго до миграции кроманьонцев в Европу, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Неандерталец"Свыше 100 тысяч лет назад, люди современного типа впервые в своей истории покинули Африку. Эти кроманьонцы встретились и стали контактировать и скрещиваться с группой неандертальцев, которая, похоже, потом мигрировала на юг современной Сибири, унося с собой на память гены Homo sapiens", — заявил Антонио Розас (Antonio Rosas) из Национального музея науки Испании в Мадриде.

Розас и его коллеги под руководством знаменитого палеогенетика Сванте Паабо (Svante Paabo) из Института эволюционной антропологии в Лейпциге (Германия) пришли к такому удивительному выводу, "воскресив" и изучив геном неандертальцев, чьи останки были недавно найдены в российской Денисовой пещере и в других уголках Алтая.

Анализируя этот геном и сравнивая его со структурой ДНК денисовцев, авторы статьи заметили нечто необычное – генетический материал алтайских неандертальцев содержал в себе небольшое число мутаций в примерно 5% генов, уникальных для современных жителей Африки, которых не было в геноме их "соседей" по пещере.

Почему это важно? В предыдущие годы Паабо и его коллеги показали, что жители Африки не скрещивались с "европейскими" неандертальцами и в их геноме абсолютно нет следов ДНК аборигенов Европы, которые есть в генах всех остальных жителей Земли. Присутствие "африканских" мутаций, таким образом, указывает на то, что алтайские неандертальцы могли контактировать с ними, оставив свою ДНК кроманьонцам или же получив мутации от них.

Ученые попытались выяснить, какой из этих двух сценариев произошел, сравнив то, как были устроены эти участки ДНК у примерно пяти сотен современных жителей Африки. Достаточно небольшое число различий в структуре этих генов указало на то, что справедливой была вторая гипотеза – неандертальцы контактировали в далеком прошлом с древними людьми, чьи генетические "следы" остались в геноме Homo neanderthalensis с Алтая.

Эти контакты, как показывают расчеты авторов статьи, произошли неожиданно и пугающе давно – как минимум 100 тысяч лет назад, за десятки тысяч лет до предполагаемого начала массовой миграции кроманьонцев из Африки в Европу и времен первых, как считалось ранее, контактов с неандертальцами. По всей видимости, человечество покидало Африку как минимум два раза – 210-100 тысяч и 65-60 тысяч лет назад.

Удивленные подобным открытием, Паабо и его коллеги проверили, есть ли аналогичные "человеческие" части генома в ДНК европейских неандертальцев, чьи останки были найдены в Хорватии и Испании, в знаменитой пещере Сидрон. Как оказалось, таких следов в их геномах не было, что говорит о том, что подобные контакты произошли или на Ближнем Востоке, где в плейстоцене жили неандертальцы, или уже на Алтае.

Какие гены унаследовали неандертальцы от наших предков? Предварительные данные авторов статьи указывают, что кроманьонцы "подарили" неандертальцам часть генов, связанных с работой печени, а также ген FOXP2, отвечающий за развитие голосового аппарата и способность к членораздельной речи.

Все эти гены, даже если они были полезными для неандертальцев, по всей видимости, были слабо совместимы с их неандертальскими вариантами – все критически важные части ДНК алтайских неандертальцев, как и женская Х-хромосома не содержат в себе "африканских" вкраплений, что говорит об их негативном влиянии на выживание потомства от смешанных браков.

В целом, как признают Паабо и его коллеги, подобное неожиданное открытие не является слишком удивительным. Оно хорошо укладывается в последние палеогенетические и палеонтологические находки – в частности, в октябре 2015 года ученые обнаружили, что первые люди могли проникнуть в Китай уже 110-80 тысяч лет назад. В принципе, ничто не мешало им вступать в контакты с неандертальцами по мере колонизации Азии, заключают ученые.

Источник: РИА Новости

Тихоходки, единственные на Земле многоклеточные, способные жить и даже размножаться в открытом космосе, вероятно, приобрели эту способность, позаимствовав примерно 18% своей ДНК у архей, бактерий, растений и даже грибков, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Тихиходка Hypsibius dujardini"У нас и понятия не было, что геном какого-то животного может содержать так много чужой ДНК. Мы знали, что многие животные часто заимствуют гены у других существ, но мы совсем не ожидали того, что это может происходить в столь промышленных масштабах", — заявил Боб Гольдштейн (Bob Goldstein) из университета Северной Каролины в Чапел-Хилле (США).

В 2007 году ученые совершили удивительное открытие, анализируя данные, собранные российским биоспутником "Фотон-М3": оказалось, что тихододки, небольшие беспозвоночные, дальние родичи раков и насекомых, способны выживать очень долгое время в открытом космосе и даже размножаться в условиях полной невесомости и отсутствия пищи и воды.

Эти необычные качества, как рассказывает Гольдштейн, привлекли внимание многих биологов, генетиков и планетологов, и они решили расшифровать и проанализировать геном этих необычных беспозвоночных, избрав в качестве подопытных тихоходок вида Hypsibius dujardini, побывавших в космосе на борту зонда.

Геном у этих существ относительно большой для их размеров и положения на древе эволюции – он содержит в себе около 215 миллионов "букв"-нуклеотидов, что примерно в два раза больше, чем у червей-нематод, которых ученые используют для экспериментов с беспозвоночными.

Когда ученые начали подсчитывать и изучать гены, их ожидал большой сюрприз – свыше 6,5 тысяч участков ДНК из 38 тысяч генов были "позаимствованы" у других организмов. Большая часть из них была получена от бактерий-экстремофилов, но при этом в геноме тихоходок так же присутствуют гены растений, грибов и архей.

Как данному беспозвоночному удалось "экспроприировать" все эти шесть тысяч генов? По мнению Гольдштейна и его коллег, причиной этого является невероятная способность этого существа к выживанию.

Тихоходки, как объясняют генетики, способны переносить экстремальные формы обезвоживания, когда доля воды в их организме падает до 1-2% от нормы. Когда их тело высушивается, ДНК Hypsibius dujardini, скорее всего, распадается на крупные фрагменты. В тот момент, когда период экстремальных условий заканчивается, их тело заново наполняется водой, и особые белки "сшивают" и восстанавливают поврежденную ДНК.

В этот момент в клетки, благодаря расширенным порам, могут попадать фрагменты чужой ДНК, которые "вшиваются" в геном и остаются в нем, если их появление не приводит к фатальным последствиям для тихоходки и помогает ей выживать. Благодаря этому ДНК тихоходок стало мозаикой из множества своих и чужих участков за 550 миллионов лет эволюции этих существ.

Учитывая то, что многие из этих генов отвечают за реакцию на стресс, починку ДНК и противодействие различным экстремальным факторам, вполне возможно, что данные существа приобрели способность выживать в космосе благодаря позаимствованным генам.

Как считают Гольдштейн и его коллеги, их открытие говорит о том, что так называемый вертикальный обмен генами – заимствование их у других организмов, дирижирует не только эволюцией микробов, среди которых он распространен, но и многоклеточных существ.

Источник: РИА Новости

Молекулярные биологи модифицировали один из генов растений таким образом, что они начали воспринимать молекулы одного из противогрибковых средств в качестве сигнала наступления засухи, что позволяет в прямом смысле управлять их чувствительностью к отсутствию воды, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Слева - арабидопсис из контрольной группы, справа - устойчивый к засухе трансгенный вариантШон Катлер (Sean Cutler) из университета Калифорнии в Риверсайде (США) и его коллеги на протяжении многих лет работали над созданием синтетического аналога абсцизовой кислоты (ABA) — особого фитогормона, который управляет реакцией растения на засуху. Клетки флоры начинают выделять молекулы этого вещества при нехватке воды, что заставляет листья, стебель, соцветия и другие части растения закрывать поры, замедлять рост и тем самым уменьшать потери воды.

Как отмечают исследователи, абсцизовая кислота, несмотря на ее относительно простую структуру, оказалась крайне несговорчивым союзником для биохимиков. Ее относительно дорого синтезировать, она меняет свою структуру под действием лучей света и быстро распадается внутри самих растений. Все это не позволяет использовать данный фитогормон в условиях ферм и домашних хозяйств. Многочисленные попытки создать синтетический аналог ABA, которые ученые предпринимали в последнее десятилетие, закончились неудачно.

По этой причине группа Катлера решила пойти другим путем — они не стали пытаться подобрать замену абсцизовой кислоте, а просто «перепрограммировали» тот клеточный рецептор, который управляет реакцией на засуху. Они просто заменили ту его часть, которая непосредственно отвечала за распознавание молекул ABA, на синтетическую белковую цепочку, реагирующую на молекулы мандипропамида, популярного среди фермеров средства для борьбы с грибками.

Эту версию гена они вставили в клетки сразу двух растений — обычных садовых помидоров и арабидопсиса, растительного аналога лабораторных мышей. Такие генно-модифицированные растения спокойно переживали даже очень сильные засухи, если в их ограниченный водный рацион добавлялась доза фунгицида. С другой стороны, при достаточном количестве воды они росли не хуже, чем обычные растения, что выгодно отличает их от стойких к засухе сортов, обладающих низкой урожайностью.

«Нам успешно удалось перепрофилировать фунгицид и заставить его исполнять новую роль, создав новый химический рецептор, что ранее никому не удавалось сделать. Мы ожидаем, что стратегия «перепрограммирования» реакции растения на разные стимулы при помощи инструментов синтетической биологии поможет нам использовать другие агрохимикаты для управления прочими полезными чертами растений — к примеру, устойчивостью к болезням или скоростью роста», — заключает Катлер.

Источник: РИА Новости

Молекулярные биологи выяснили, почему наши далекие предки внезапно перешли от откладывания яиц к вынашиванию плода внутри утробы — оказалось, что в этом могут быть виноваты транспозоны, своеобразные внутренние генетические паразиты, осуществившие масштабную «перестройку» генома, говорится в статье, опубликованной в журнале Cell Reports.

Предполагаемый предок всех плацентарных млекопитающих, "Нам впервые удалось получить полноценный пример того, как в природе появляется что-то совершенно новое, как его носители выживают и воспроизводят себя. Мы обнаружили, что генетические изменения, которые привели к переходу к внутриутробному вынашиванию, были спровоцированы "одомашненными" транспозонами, которые вторглись в геном ранних млекопитающих. Надо полагать, что такой феномен, как беременность, обязан своим существованием тем вещам, которые, по сути, являются генетическими паразитами", — рассказывает Винсент Линч (Vincent Lynch) из Йельского университета (США).

Транспозонами ученые называют небольшие фрагменты молекулы ДНК, которые способны копировать сами себя и встраивать новые копии в разные участки генома. При этом они не кодируют никаких полезных для организма белков и их иногда называют "генетическими паразитами". Однако это не значит, что для организма транспозоны совершенно бесполезны: ученые считают, что они делают геном более изменчивым и помогают организму приспосабливаться к окружающей среде.

Древнейшее млекопитающее ArboroharamiyaЯркий пример этого, тоже касающийся истории эволюции млекопитающих, был открыт Линчем и его коллегами еще в 2011 году — они выяснили, что первые млекопитающие "потеряли" сумку и перешли к полному внутриутробному развитию благодаря транспозонам.

В новой работе Линч и его коллеги окунулись еще в более глубокую генетическую историю и попытались найти те гены, которые превратили поздних звероящеров-цинодонтов в млекопитающих, заставив их отказаться от откладывания яиц и перейти к кормлению детенышей молоком.

Для этого ученые сравнили то, какие гены включаются в клетках матки у нескольких десятков видов плацентарных млекопитающих, в том числе и человека, с тем, какие участки ДНК активизировались в детородных органах у сумчатых млекопитающих (опоссумов), их яйцекладущих родичей (утконосов), ящериц, куриц и лягушек. Это сравнение помогло Линчу и его коллегам составить "древо эволюции" генов, связанных с ростом потомства, и понять, как и когда возникла беременность.

Древо эволюции млекопитающих и их способности к внутриутробному.развитиюОказалось, что генетическая эволюция млекопитающих шла не плавно, а большими рывками, в ходе которых сотни и даже тысячи генов приобретали новую функцию, переезжали на новое место или просто "отключались". Во время первого такого скачка, перехода от звероящера к примитивным древним млекопитающим, наши предки приобрели сразу 500 новых генов и потеряли около трех сотен старых. Следующий этап, появление сумчатых, сопровождался появлением более тысячи генов. На последнем этапе, во время зарождения плацентарных млекопитающих, мы приобрели 800 новых генов и потеряли около 200 старых.

Для всех этих новых и "перепрофилированных" генов была характерна одна общая черта — они были окружены или содержали в себе вставки из транспозонов, которые попали в геном наших предков, судя по числу мутаций, примерно в то же время, когда появились первые млекопитающие. По всей видимости, большая мобильность этих "генетических паразитов" и их способность к самокопированию помогла эволюции осуществить столь масштабные изменения практически в мгновение ока.

"Гены должны каким-то образом понимать то, где и когда они должны включиться и начат работать. Похоже, что транспозоны дали им возможность получить эту информацию и научили старые гены работать в новом для них уголке организма — матке — во время беременности", — заключает Линч.

Источник:  РИА Новости 

Когда ретровирус попадает в клетку, первым делом он производит ДНК-копию своего генома — потому что его наследственный материал хранится в молекуле РНК. Эта вирусная ДНК потом встраивается в ДНК клетки, так что теперь все манипуляции, которые клетка предпринимает со своей ДНК, она будет проделывать и с вирусной ДНК. Этот манёвр упрощает обман клеточной молекулярной машинерии. Из известных вирусов так поступает, например, ВИЧ. 

Наши эмбриональные стволовые клетки поддерживают собственное «всемогущество» за счёт древних вирусов. (Фото David Scharf.) Но самое интересное происходит тогда, когда вирус попадает в половую клетку, сперматозоид или яйцеклетку либо в их предшественников. Случается это довольно редко, однако приводит к серьёзным последствиям: гены вируса могут быть переданы следующему поколению. По некоторым оценкам, примерно 8% человеческого генома — это вирусные гены, доставшиеся нам от вирусных инфекций многомиллионолетней давности. Такие генетические фрагменты назвали эндогенными ретровирусами, и считается, что никакой особой роли в жизни наших клеток они не играют, что это так называемая мусорная ДНК.

Однако в свете последних данных роль «тайных» вирусов в нашем геноме, похоже, придётся пересмотреть. Исследователи из сингапурского Агентства по науке, технологиям и исследованиям (A*STAR) сообщают, что эндогенные ретровирусы подсемейства Н, HERV-H, чрезвычайно активны в эмбриональных стволовых клетках человека. Ни в каких других клетках эти вирусные гены больше не работают, однако в эмбриональных клетках они выполняют весьма важную функцию — поддерживают плюрипотентность. 

Эмбриональные плюрипотентные стволовые клетки обладают замечательным свойством: они могут давать начало любому типу специализированных «взрослых» клеток; именно эта способность и называется плюрипотентностью. Когда Синьюй Лу (Xinyi Lu) вместе с коллегами из Сингапура и Канады обработал стволовые клетки специальной РНК, подавляющей активность генов HERV-H, клетки потеряли свои стволовые признаки и стали похожи на соединительнотканные фибробласты. Дальнейшие эксперименты показали, что при этом уменьшалась активность белков, отвечающих за плюрипотентность. 

В геноме человека около 1 000 копий ретровируса HERV-H; кроме нас, он есть только у человекообразных обезьян, а это значит, что в геном он пришёл не раньше 20 млн лет назад. У других животных его нет, то есть стволовое плюрипотентное состояние клеток поддерживается у них за счёт каких-то иных механизмов (хотя вполне возможно, тоже вирусного происхождения). Дальнейшие исследования должны прояснить, что именно делает HERV-H в стволовых клетках, а это должно помочь понять, что вообще происходило со стволовыми клетками в эволюции. До возникновения HERV-H у приматов могли существовать какие-то другие молекулярно-клеточные механизмы, способствующие контролю стволового состояния у эмбриональных клеток, но появление вирусного гостя могло эту процедуру сильно упростить, и клетки просто воспользовались подходящим инструментом. 

Ну а про потенциальные практические следствия из исследований HERV-H можно и не говорить: учёные давно пытаются найти простой и эффективный способ контролировать переход клеток из стволового состояния в дифференцированное и обратно, так что, возможно, HERV-H придётся тут весьма кстати. 

Это не первый случай, когда учёные указывают на вирусную помощь в эволюции животных и вообще многоклеточных. Так, совсем недавно писаолсь о важных белках, необходимых для формирования некоторых тканей в нашем организме и тоже, по-видимому, являющихся подарком от вирусов, а так же о вирусном происхождении иммунитета.

Результаты исследования опубликованы в Nature Structural & Molecular Biology. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Пожалуй, мы стали забывать, что до того, как ДНК открыла нам сексуальную неразборчивость неандертальцев и происхождение палеоиндейцев, была квагга. 

Изображение Nature / Tetra Images / Alamy.Странноватое существо с головой зебры и задом осла вымерло в 1883 году. Столетие спустя учёные опубликовали данные о примерно 200 нуклеотидах, выделенных из фрагмента мышц квагги (Equus quagga quagga), которая жила за 140 лет до этого. Так было доказано, что квагга и горная зебра (Equus zebra) — два разных вида. 

Но не это главное. Впервые удалось получить ДНК из мёртвого организма. Стало ясно, что отныне мы будем изучать давно исчезнувшую жизнь не только по костям. «Если длительная сохранность ДНК окажется распространённым явлением, преимущества из этого извлекут сразу несколько областей науки, в том числе палеонтология, эволюционная биология, археология и криминалистика», — писали в эпохальной статье Расселл Хигучи и Аллан Уилсон из Калифорнийского университета в Беркли (США). 

Поначалу это утверждение встретило глубокий скепсис: коллегам не верилось, что можно разобраться, где в образце действительно древняя ДНК, а где — не имеющие к ней отношения компоненты. Но со временем возникли более совершенные методы выявления и устранения современной ДНК, загрязняющей образец, и дело пошло на лад. Начался бум древней геномики. В прошлом году были сняты покровы с двух старейших на сегодня геномов — лошади, погребённой в канадской вечной мерзлоте около 700 тыс. лет назад, и нашего с вами родственника из испанской пещеры, жившего примерно 400 тыс. лет назад. Кроме того, обнародована геномная последовательность неандертальца, которая столь же полна и точна, как и геном современного человека. То же самое можно сказать о геноме ребёнка из Сибири, который соединяет родословные индейцев и европейцев.

Эволюционный биолог Людовик Орландо из Копенгагенского университета (Дания) не ждал ничего хорошего, приступая к секвенированию ДНК из ноги лошади, жившей 560–780 тыс. лет назад. Его коллега Эске Виллерслев нашёл образец в Юконе в 2003 году и... положил его в холодильник, надеясь, что однажды появятся такие технологии, которые позволят прочитать его деградировавшую со временем ДНК. (На самом деле холодильники генетических лабораторий набиты такими костями.) 

Воскресным вечером в 2010 году Виллерслев позвонил Орландо и сказал, что время пришло. Орландо не поверил. «Я начинал работать с намерением доказать, что это невозможно», — вспоминает учёный. 

Секвенирование древней ДНК — это битва со временем. После смерти организма длинные участки ДНК распадаются на кусочки. При низкой температуре процесс деградации замедляется, но не останавливается, и рано или поздно приходит момент, когда нити ДНК становятся настолько короткими, что уже не несут почти никакой информации. 

Орландо и его сотрудники обработали то, что осталось от ДНК, соответствующими ферментами и обнаружили, что не только выявили одни фрагменты ДНК, но одновременно потеряли огромное количество других. Пришлось серьёзно подумать над методом, в том числе над температурой, и в итоге удалось добыть в десять раз больше клочков ДНК, чем до этого. Их собрали вместе и получили черновой вариант старейшего генома в истории науки. 

Аналогичным образом генетик Сванте Пээбо из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка (ФРГ) и его коллеги отнеслись к останкам из пещеры Сима-де-лос-Уэсос на севере Испании. Возможно, тот, кто жил там 400 тыс. лет назад, был в числе предков современного человека. Кости лежали в яме при стабильно низкой температуре, поэтому шансы на обнаружение значимых фрагментов ДНК считались сравнительно высокими. «Если бы гоминин спросил, где ему оставить свои кости, мы бы, скорее всего, выбрали именно это место», — поясняет молекулярный биолог Маттиас Мейер, возглавляющий проект. 

В декабре прошлого года учёные отчитались о получении примерно 16 300 «букв» митохондриального генома особи из упомянутой пещеры. Последовательность неожиданно выявила родственные отношения между обитателями пещеры и денисовцами — другой группой архаичных гомининов, обнаруженных группой Пээбо в Алтайских горах за тысячи километров от Испании. Сейчас Мейер и его коллеги думают только о ядерном геноме: «Я не успокоюсь, пока не пойму, можно это сделать или нет». 

По словам Мейера, сомнений уже не осталось: восстановление генома животного, которое пролежало в вечной мерзлоте более миллиона лет, — всего лишь вопрос времени. Со своей стороны, Мейер и Пээбо собираются побить рекорд для ДНК гоминина и подбираются к останкам человека прямоходящего из сравнительно тёплых азиатских краёв. Кроме того, своего часа ждут египетские мумии и человек флоресский, живший в Индонезии всего 18 тыс. лет назад. Впереди у нас множество выдающихся открытий, которые должны наконец заполнить осточертевшие пробелы в истории. 

А несколько лет назад Дэвид Рейх обнаружил... привидение. Рейх — популяционный генетик из Гарвардской медицинской школы (США) — занимается реконструкцией истории Европы на основании геномов современных людей. И его группа выяснила, что обитатели Северной Европы связаны с индейцами. Учёные постулировали существование ныне вымершей популяции на севере Евразии, которая скрещивалась с предками европейцев и с некоей сибирской группой, которая позднее мигрировала в Америку. Рейх называет такие популяции призрачными, поскольку об их существовании мы знаем не по костям, орудиям труда или их собственным ДНК, а всего лишь по эху, которое они оставили в других геномах.

Призрачные популяции — продукт статистических моделей, поэтому к ним нужно относиться соответственно, подчёркивает популяционный генетик Карлос Бустаманте из Стэнфордского университета (США). Постулирование такой популяции ещё не означает, что данное биологическое событие действительно имело место. 

Однако порой призраки обретают тела. В прошлом году группа Виллерслева отчиталась по результатам работы над геномом мальчика с сибирской стоянки Мальта, жившего 24 тыс. лет назад. По-видимому, он был представителем как раз той популяции, которая соединила индейцев и европейцев. Рейх оказался прав. 

Это не единственная призрачная популяция. Группа, которую возглавляли Рейх и Монтгомери Слаткин Калифорнийского университета в Беркли (США), изучая высококачественные геномы неандертальцев и денисовцев, обнаружила любопытную деталь: современные обитатели Африки южнее Сахары ближе к неандертальцам, чем к денисовцам. Чтобы объяснить эту странность, пришлось выдумать ещё одного призрака. Возможно, денисовцы скрещивались с неизвестными науке гомининами, которые покинули Африку более 1 млн лет назад и откололись от общего предка людей, неандертальцев и денисовцев. Следовательно, получившиеся в результате такого кроссбридинга денисовцы унаследовали последовательности ДНК, которых нет у современных африканцев. Вот почему последние ближе к неандертальцам. 

Рейх и его команда теперь ищут остатки денисовской ДНК в современном человеческом геноме, надеясь узнать, когда же денисовцы скрещивались с этой загадочной популяцией. Полученная информация поможет понять, какие кости следует анализировать в поисках неизвестного науке вида. И геном из пещеры Сима-де-лос-Уэсос должен очень сильно тут помочь. 

Другие учёные тоже не брезгуют призыванием теней из мира мёртвых. Палеоантрополог Крис Стрингер из лондонского Музея естественной истории (Великобритания) предложил считать вид Homo antecessor (человек-предшественник), известный по останкам, найденным близ Сима-де-лос-Уэсос, и существовавший около 900 тыс. лет назад, представителем той самой популяции. Если он скрещивался с предками денисовцев и гоминина из испанской пещеры, то связь между той и другой группой понятна. Для проверки этой гипотезы нужна ядерная ДНК. Ждём очередного чуда от лаборатории Пээбо и Мейера. 

Наука о человеческой эволюции вступила в новую фазу. По словам популяционного генетика Джоша Эки из Вашингтонского университета в Сиэтле (США), совсем не обязательно искать кости с древней ДНК: можно найти остатки древней ДНК в современном геноме. Если верна гипотеза о скрещивании людей с неандертальцами и денисовцами, то потомки этих «браков» должны обладать короткими сегментами архаичной ДНК. Эки и другие специалисты сейчас занимаются составлением каталога этих фрагментов. 

В январе группы Эки и Рейха независимо друг от друга собрали 20 и 40% соответственно неандертальского генома из кусочков, сохранившихся в геномах сотен современных европейцев и азиатов. Эти гены имеют отношение в основном к коже и волосам. По-видимому, они помогли нашим предкам приспособиться к холодному климату: сделали кожу более толстой, покрыли её более густой «шерстью», уменьшили количество пор. В то же время значительное количество неандертальских генов мы не сохранили, и это намекает на то, что они могли быть вредными для наших предков. Один из таких участков группа Эки обнаружила вокруг гена FOXP2, отвечающего за речь и язык. Интербридинг имел свою цену. 

Всё только начинается. Группы Эки и Рейха выяснили, что в обитателях Восточной Азии в среднем чуть больше неандертальской ДНК, чем в европейцах. По мнению Эки, это может свидетельствовать о том, что неандертальцы скрещивались с древними людьми по крайней мере дважды: сначала с предками всех евразийцев, а затем с предками восточных азиатов. Более того, Эки убеждён, что в нас можно найти генетические клочки других вымерших видов, которые скрещивались с нашими предками ещё в Африке южнее Сахары. 

На протяжении последних 30 лет основным методом амплификации древней ДНК была полимеразная цепная реакция, но она, увы, несовершенна из-за загрязнения образцов. Поэтому заниматься поиском древних генов могли только избранные лаборатории, имевшие и опыт, и деньги на исследование сотен окаменелостей в надежде добыть достаточно материала на полный геном. 

Сейчас ситуация меняется. Появились новые технологии, которые позволяют извлечь ДНК из любого образца (за исключением сильно разложившихся, конечно) и затем секвенировать только ту часть генома, которая интересует в данный момент. «Меня удивляет, что этим ещё не занимаются по всему миру, — говорит палеогенетик Иоганн Краузе из Тюбингенского университета (ФРГ), возглавлявший значительную часть работы над денисовским геномом в лаборатории Пээбо. — Нет тут ничего космического». 

Постепенно появляются новые имена, и Бустаманте — одно из них. «Если я смог, любой сможет», — говорит учёный. Он занимался современными человеческими популяциями, но пару лет назад ему позвонила мумия. В 1991 году в Тирольских Альпах Италии туристы нашли труп, который пролежал там 5 300 лет. Для изучения Эци, как назвали на удивление хорошо сохранившегося мужчину, создали целый институт. Со временем возник вопрос, к какому народу принадлежал сей индивид, и решили пригласить Бустаманте. Он помог выяснить, что ближе всех к Эци стоят современные жители Сардинии и Корсики, то есть связь с древним населением Центральной Европы сохраняется в современных популяциях. 

Теперь Бустаманте занимается генетической историей пришествия первых неолитических «фермеров» в Болгарию, трансатлантической работорговли и доместикации собак. Попутно изобретаются более дешёвые и эффективные методы секвенирования древних ДНК. 

Рейх тоже перешёл от неандертальцев к возникновению сельского хозяйства и истории Индии. На самом деле заниматься этим ещё труднее, потому что материала для анализа даже меньше, чем в случае неандертальцев. 

В общем, методы, выработанные при расширении области исследований во времени, теперь используются для её углубления. И результаты уже есть. В прошлом году Рейх и его коллеги сообщили об изучении митохондриальной ДНК 364 европейцев, живших 1,55–5,5 тыс. лет назад. А исследование 18 мДНК древних собак и волков показало, что европейские охотники одомашнили представителей вымершей ныне популяции волков. 

Интересно, что сейчас учёные вновь возвращаются к тому, с чего всё когда-то начиналось, — к квагге. Секвенирование полного генома вымершего животного — часть большого проекта, направленного на выявление различий между современными и исчезнувшими лошадьми, а также зебрами и ослами. Хочется понять, за какие признаки отвечает тот или иной ген. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Зоологи давно используют достижения молекулярной биологии в своих целях. Например, о родственно-эволюционных связях между группами животных куда проще судить, имея на руках последовательность генома. Но в этом смысле разным животным везёт по-разному; вот и до змей руки у учёных дошли только сейчас. Сразу две большие исследовательские группы опубликовали результаты анализа всего генома королевской кобры и тигрового питона. Эти виды стали первыми змеями, ДНК которых полностью секвенировали. 

Тигровые питоны появляются из яиц. (Фото Joe McDonald.) Разумеется, исследователи занялись этим не просто так, а чтобы понять, как на генном уровне отражается тот весьма своеобразный внешний вид и образ жизни, который ведут эти рептилии. С помощью генетического анализа можно не только выяснить, что за молекулярные механизмы стоят за той или иной особенностью змей, но и то, как эти существа, как говорится, дошли до жизни такой, то есть какие эволюционные изменения с ними происходили.

Тодд Кэстоу (Todd Castoe) из Техасского университета в Остине (США) и его коллеги занимались тёмным тигровым питоном, который обитает в Юго-Восточной Азии и в последнее время стал инвазивным видом в южных штатах США. Исследователи не просто прочитали его ДНК, но ещё и сравнили активность питоньих генов в сердце, печени, почках и тонком кишечнике до еды и после — через один день и через четыре дня после угощения. 

В журнале PNAS зоологи сообщают, что изменения в активности генов у питона были на удивление масштабными: еда заставляла работать иначе буквально половину генов, и изменения эти происходили в течение 48 часов. В результате метаболизм питона ускорялся в 40 раз, а его внутренние органы (кишечник, почки и печень) за три дня вдвое увеличивались в размерах. 

Что же до кобры, которой вместе с коллегами занимался Николас Кэйсвелл (Nicholas Casewell) из Бангорского университета (Великобритания), то тут учёных интересовала в первую очередь ядовитость змеи, её умение создавать ядовитую смесь из 73 пептидов и белков. Как пишут авторы в том же PNAS, в производстве яда у кобр задействовано 20 семейств генов, причём, что любопытно, те гены, которые работают в ядовитых железах, имеют двойников в других частях тела рептилии. В ходе эволюции «ядовитые» гены получали дополнительные копии, причём нередко не одну, и эти копии могли мутировать, ещё более усложняя яд.

В ходе эволюции ядовитые змеи вынуждены постоянно совершенствовать свой яд, поскольку их жертвы одновременно становятся более устойчивыми к тем токсинам, которыми их травят рептилии. Жизнь змеи в буквальном смысле зависит от яда, поскольку ничего, кроме него, она противопоставить противнику не может, и понятно, почему для этих целей выделены столь масштабные генетические ресурсы.

Исследователи из обеих групп попробовали заодно сравнить между собой геномы питона и кобры, а также сопоставить результат с ДНК других позвоночных, в том числе с ДНК единственного ядовитого вида млекопитающих — утконоса.

Для этого у обеих змей выбрали около семи с половиной тысяч генов, присутствующих в их геномах в одной копии. Как и ожидалось, генетические изменения в змеях шли с огромной скоростью, намного превышающей показатели других животных. Кроме того, количество генетических модификаций у змей тоже было много бόльшим. Что понятно: форма тела, образ жизни и прочее у змей настолько необычны, что без масштабных генетических изменений, без сильнейших перестроек, которые позволили бы приспособиться к выбранной нише, было не обойтись. 

При этом учёные отмечают, что многие изменения заключались не столько в том, как происходило управление уже существующими генами, сколько в появлении новых. Считается, что основной молекулярный инструмент эволюции — это перенастройка регуляции генов, внесение изменений в регуляторные области, но не появление новых кодирующих блоков. Однако змеи, видимо, в этом смысле оказываются некоторым исключением — из-за склонности их генома множить копии генов, которые в дальнейшем могут изменяться, как захотят. 

Впрочем, делать какие-либо особенно масштабные выводы об эволюции змей всего лишь по двум геномам, наверное, рано, а потому сами исследователи предлагают дождаться появления ещё десяти змеиных геномов, которые должны быть исследованы в ближайшие два года.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В геноме вымершего вида — денисовца — обнаружены необычные кусочки ДНК, которые, по-видимому, достались ему от какой-то другой группы. 

Денисова пещера (фото РИА Новости / SPL). Возможно, это свидетельство существования совершенно иного вида гомининов, пока неизвестного науке. Или же это первые генетические данные об одном из многочисленных видов, о которых мы знаем только по окаменелостям.

Новый гоминин оставил свои следы в геноме денисовца — вымершего гоминина, о чьём существовании известно по кости пальца и двум зубам, найденным в сибирской пещере. Никто не знает, как выглядели денисовцы, поскольку никаких других окаменелостей в нашем распоряжении нет. Однако генетикам удалось расшифровать их геном с высокой точностью. 

Дэвид Райх из Гарвардской медицинской школы (США) тщательно исследовал денисовский геном и пришёл к выводу, что некоторые отрезки не вписываются в общую картину. 

Геном говорит о том, что денисовцы были двоюродными братьями неандертальцев — но об этом давно известно. Их линия отделилась от нашей около 400 тыс. лет назад, прежде чем расколоться на неандертальцев и денисовцев. 

Это должно означать, что денисовцы и неандертальцы в равной мере отличны от современных людей, но при ближайшем рассмотрении г-н Райх обнаружил, что это не так. «Денисовцы, по-видимому, дальше от современных людей, чем неандертальцы», — утверждает учёный. Например, рассеянные фрагменты, на которые приходится до 1% денисовского генома, выглядят более древними, чем остальные части. 

Лучше всего это объясняется тем, что денисовцы скрещивались с каким-то другим видом. Или произошло то, о чём говорит сам г-н Райх: «Денисовцы сохранили наследственную информацию неизвестной архаичной популяции, не имеющей отношения к неандертальцам». 

Иоганнес Краузе из Тюбингенского университета (ФРГ) считает представленные данные убедительными, «их трудно игнорировать». Г-н Краузе — один из тех генетиков, которые изучают денисовский геном в поисках следов интербридинга. Дело в том, что зубы денисовцев необычайно велики, как будто перед нами более примитивный вид. Если денисовцы и впрямь скрещивались с архаичным видом, это может всё объяснить. 

Итак, что же это был за народ, с которым породнились денисовцы? Г-н Краузе ставит на уже знакомый нам вид, ведь многие гоминины известны только по окаменелостям и никогда не подвергались генетическому анализу. И многие из них могли встретить денисовцев на своём пути. 

Наиболее вероятный кандидат — гейдельбергский человек, полагает Крис Стрингер из лондонского Музея естественной истории (Великобритания). Этот вид существовал 250–600 тыс. лет назад. Он возник в Африке, но затем расселился по Европе и западной Азии. Ранние денисовцы, чьи предки шли той же дорогой, могли войти с ними в контакт. 

Другой вариант — человек прямоходящий. Он был распространён ещё шире, чем гейдельбергский человек: добрался даже до Явы. Но его западные популяции — занимавшие ту же территорию, что и денисовцы, — могли их не дождаться. 

Прояснить ситуацию мог бы анализ ДНК гейдельбергского человека, но это легче сказать, чем сделать. Геном денисовцев и неандертальцев сохранился прежде всего потому, что они жили в холодных и сухих местах. Другие гоминины предпочитали жаркие и влажные области, где ДНК быстро распадается. В Азии найден ряд окаменелостей, видовую принадлежность которых не удаётся установить, и учёные пока безуспешно бьются над выделением из них образцов ДНК. 

Кем бы ни оказался тот загадочный народ, главное — понимать, что межвидовое скрещивание было совершенно обычным делом в истории человеческой эволюции. После того как наши прямые предшественники вышли за пределы Африки, они «спали» и с неандертальцами, и с денисовцами. И хотя предки нынешних африканских охотников и собирателей никогда не покидали континент, недавние исследования показали, что они не брезговали неустановленными гомининами. По-видимому, этот эпизод имел место приблизительно 35 тыс. лет назад, а заинтересовали их представители вида, отделившегося от нашей линии где-то 700 тыс. лет назад. 

Результаты исследования были представлены в Лондоне на дискуссионном заседании Королевского общества, посвящённом древней ДНК.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Учёные из Копенгагенского университета (Дания) вместе с коллегами из Франции, Норвегии, США, Канады и Китая совершили невозможное — секвенировали геном лошади, которая жила на Земле 560-780 тыс. лет назад. Необходимо уточнить, что речь идёт не об отдельно взятых генах — исследователям удалось прочесть полностью всю ДНК, так что на сегодня это самый древний полный геном, который удалось расшифровать! 

Лошадь Пржевальского. (Фото Claudia Feh / Association pour le cheval de Przewalski.) Всё началось, разумеется, с палеонтологических раскопок. В ходе экспедиции, предпринятой в 2003 году, на Юконе (Канада), учёные обнаружили некие кости, которым, по предварительным оценкам, было более 700 тыс. лет. Кости, а точнее — фрагмент лошадиной конечности, изучили на предмет остатков коллагена или ещё какого-нибудь материала, в котором могла бы сохраниться ДНК.

Шансы на это были чрезвычайно малы — до сих пор не удавалось найти останки старше 130 тыс. лет, в которых оставалась бы ДНК (рекорд в 130 тыс. лет принадлежал челюсти белого медведя). Хотя считается, что нижний возраст сохранности ДНК равен 1 млн лет (то есть теоретически миллионолетнюю ДНК можно найти). Исследователям повезло — в костях древней лошади оставались фрагменты коллагена и «законсервированной» крови, вот так у них и оказался полный геном животного (хотя его расшифровка и заняла довольно много времени). Для сравнения были также прочитаны геномы другой древней лошади, которая жила 43 тыс. лет назад, нескольких современных пород лошадей, осла и лошади Пржевальского, которая считается единственным видом дикой лошади, дожившим до наших дней. 

С лошадью Пржевальского, между прочим, связаны некоторые генетические двусмысленности, не дающие покоя биологам-эволюционистам. Если говорить, например, о западно-американских мустангах, то считается, что это бывшие домашние лошади, которые одичали, что можно понять по их геному. А вот сEquus ferus przewalskii ясности нет, ибо наука до сих пор не могла точно сказать, есть ли в её геноме гены домашних лошадей.

Сравнение геномов дикой лошади, чьи кости откопали на Юконе, с геномами современных животных показало, во-первых, что эта особь была самцом и жила примерно 700 тыс. лет назад, а во-вторых, что у ископаемого был общий предок с современными лошадьми. То есть все нынешние лошади, а также ослы и зебры — то есть все, кто относится к роду Equus, — произошли от одного предка, который жил на Земле где-то 4-4,5 млн лет назад. 

Происхождение лошадей до сих пор считается одной из самых больших проблем теории эволюции. Достаточно сказать, что пресловутый общий предок по разным оценкам жил между 2 и 6 млн лет назад. Теперь же это время сильно сузилось. Но исследователям удалось разгадать ещё одну «лошадиную» загадку. Как пишут авторы работы в Nature, лошадь Пржевальского является настоящей дикой лошадью, то есть домашних предков в её роду не было. Иначе говоря, 700-тысячелетняя ДНК, по-видимому, помогла исследователям чётко понять, какие гены относятся к «домашним», а какие — к «диким». 

Что же до внешнего облика этой самой древней лошади, то, по словам Эске Виллерслева, одного из соавторов работы, ростом она напоминала арабских скакунов, но, скорее всего, её мышцы были развиты много хуже, чем у любых современных лошадей. Кроме генов, отвечающих за развитие мышц, наибольшим изменениям со временем подверглись гены, отвечающие за обоняние и гены иммунитета. (Впрочем, иммунные гены обычно у всех живых организмов эволюционируют, что называется, «впереди планеты всей» — по очевидным причинам.) 

Как признаются сами исследователи, они сделали невозможное: никто не верил, что в принципе удастся «вытащить» такой древний геном. В методическом аспекте работа оказалась не менее выдающейся, чем в эволюционно-биологическом. Вполне возможно, что таким образом удастся проанализировать другие древнейшие останки и прояснить многие тёмные места в теории эволюции, в том числе касающиеся эволюции человека.

Истчоник: КОМПЬЮЛЕНТА

Древнейшая из ныне живущих рыб раскрыла свои генетические секреты: исследователи из Института Броада (США) сообщают в журнале Nature, что им удалось расшифровать геном латимерии.

Чучело латимерии в Венском музее естествознания (фото mrkvos).Латимерия из отряда целакантообразных, наверное, самая известная из живых ископаемых. Все целаканты считались вымершими ещё 70 млн лет назад, но в 1938 году учёные заметили в улове южноамериканских рыбаков среди прочей добычи латимерию. Оказалось, её анатомия, чрезвычайно схожая с останками древних лопастепёрых рыб, не менялась последние 300 млн лет. За это латимерию и назвали живым ископаемым.

Понятно, что находка была сенсационной, однако дальнейшее исследование латимерий столкнулось с определёнными трудностями. Эти рыбы живут на больших глубинах, подъёма на поверхность не выдерживают, а кроме того, они весьма редки: за 75 лет было описано только 309 встреч с латимерией (сюда относятся выловленные экземпляры, глубоководные наблюдения и пр.). Перед учёными, задавшимися целью проделать полный генетический анализ, стояла задача сохранить скоропортящиеся ткани рыбы до того, как они будут доставлены в лабораторию. Поэтому исследователям пришлось объяснить рыбакам с Коморских островов, как взять и законсервировать кусочек латимерии, если она попадётся в улове.

Образцы, надо сказать, были собраны ещё в 2003 году, но до 2011-го никаких геномных исследований не проводилось — из-за отсутствия средств и оборудования. Секвенирование ДНК латимерии заняло шесть месяцев и потребовало усилий 91 человека. В первую очередь учёных интересовала скорость накопления изменений в генах латимерии. С одной стороны, это должно было показать, как давно целаканты оформились в качестве обособленной группы позвоночных, с другой — позволило бы сравнить скорость эволюции лопастепёрых рыб со скоростью эволюции рептилий, птиц, млекопитающих и других рыб. Как и ожидалось, генетические изменения у латимерий происходили весьма медленно, как минимум в два раза медленнее, чем у млекопитающих и, к примеру, ящериц. Что и объясняет необычайную «консервативность» этих рыб на протяжении последних 300 млн лет.

Другая главная «изюминка» латимерий (помимо их возраста) — особенности строения плавников, из-за которых их и называют лопастепёрыми. Считается, что плавник латимерий (и вообще целакантообразных) есть нечто среднее между обычным плавником рыб и конечностью наземных позвоночных. То есть рыбы, которые решили выйти на сушу (будь то целаканты или их потомки), якобы могли выползать на берега именно с помощью таких плавников-лопастей.

Учёные обнаружили в геноме латимерии участок, которого нет у обычных рыб, но который имеется у наземных позвоночных. Поскольку наблюдать за развитием живой латимерии до сих пор нельзя, авторы работы пересадили этот фрагмент ДНК мышиному эмбриону. Так удалось выяснить, что эта ДНК действительно управляет формированием костей запястья, плюсны и пальцев. Как всё происходит у самих латимерий, неизвестно, но, скорее всего, у них эти гены тоже участвуют в формировании концевых отделов конечностей.

Кроме того, латимерии оказались похожи на наземных позвоночных ещё несколькими регуляторными участками в ДНК, которые относятся к иммунитету, обонянию, циклу мочевины и индивидуальному развитию. То есть изменения касались не только конечностей, и с генетической точки зрения целакантообразные готовились к выходу на сушу основательно. Правда, остаётся всё равно непонятным, почему именно латимерии эволюционировали столь медленно.

Среди современных рыб есть ещё одни кандидаты на звание первопроходцев суши — это двоякодышащие рыбы, однако их геном слишком велик (100 млрд пар нуклеотидов против 3 млрд у латимерий), и исследователи пока только собираются им заняться.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

    Специалисты ботанического сада Kew Gardens обнародовали результаты прочтения ДНК цветка вороньего глаза японского (Paris japonica). В процессе исследования выяснилось, что растение обладает геномом, который в 50 раз длиннее человеческого.

Небольшое 30-сантиметровое растение обладает ДНК длиной более 90 метров (фото Neil Roger/Flickr.com)149 миллиардов пар оснований – таков новый мировой рекорд протяжённости ДНК. В пресс-релизе сада учёные утверждают, что если выпрямить геном японского цветка, то он окажется выше знаменитого лондонского Биг-Бена.

Рекордсменом по количеству "букв" в ДНК среди животных является мраморный протоптер (Protopterus aethiopicus). В его коде биологи обнаружили 130 миллиардов пар оснований (фото Joel Abroad/Flickr.com). Кстати, подобная экстремальная длина генетического кода не даёт растению никаких преимуществ. И даже наоборот, мешает ему приспосабливаться к меняющимся условиям окружающей среды: из-за того что репликация ДНК происходит долго, вороний глаз растёт медленнее своих сородичей.

По мнению многих генетиков, нынешний рекорд не продержится долго. У биологов есть подозрение, что такие микроорганизмы, как амёбы, обладают ещё более массивной ДНК. (Уже давно ясно, что длина генома никак не связана со сложностью организма.)

Учёные пока не пришли к единому мнению, отчего в мире существует такой большой разброс в длине генетического кода, а точнее, в количестве мусорной ДНК (которая, впрочем, не вполне мусор).

Science приводит пример организма с одним из самых "скромных" геномов. В ДНК паразита Encephalitozoon intestinalis (на фото) содержится 2,25 миллиона пар оснований. Мы рассказывали о рекордсмене – одноклеточном-симбионте Carsonella ruddii, чей код насчитывает около 160 тысяч пар (фото AJ Cann/Flickr.com). Статья авторов открытия опубликована в Botanical Journal of the Linnean Society. Узнайте также о том, как геном одного вида был обнаружен в ДНК другого и зачем от части своих генов избавляются минога и мужская половая хромосома. 

Источник: MEMBRANA

Ученые обнаружили в геномах хомячков особый набор генов, который управляет длиной и размерами тоннелей, которые эти грызуны вырывают под землей, и повреждение этих участков ДНК приводит к потере способности к рытью нор, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

ХомякМногие грызуны, в том числе кроты, слепыши, сурки, полевки и некоторые виды мышей живут в сложных и длинных системах нор, которые они вырывают в поисках пищи или при обустройстве жилища. Зачастую подземные "дворцы" грызунов имеют несколько отдельных "комнат", выступающих в роле "спальни", склада пищи или тоннеля, через который животное спасается от наводнений или нападений хищников.

Группа генетиков под руководством Джесса Уэбера (Jesse Weber) из университета штата Техас в Остине (США) обнаружила, что геном грызунов содержит в себе "программу" рытья нор, наблюдая за поведением береговых хомячков (Peromyscus polionotus) и родственных им оленьих хомячков (Peromyscus maniculatus).

Как объясняют авторы статьи, данные виды грызунов следуют двум абсолютно разным стратегиям рытья нор. Береговые хомячки предпочитают жить в сложных норах с разветвленными ходами, спальной "комнатой" и спасательным тоннелем, тогда как их собратья обитают в относительно коротких и простых тоннелях.

Уэбер и его коллеги обратили внимание на то, что длина норы, ее размеры и общая "архитектура" была по сути одинаковой для всех береговых хомячков, вне зависимости от территории их обитания. Более того, грызуны вырывали тоннели и в лабораторных условиях, если в их клетке был подходящий для "постройки" норы холм из песка или другой мягкой почвы.

Исследователи предположили, что причиной такого поведения их подопечных могла быть некая генетическая "программа", которая побуждала хомячков находить подходящее место и вырывать себе жилище. Ученые проверили эту гипотезу, скрестив береговых и оленьих хомячков и проследив за поведением их потомков.

Эксперимент показал, что норы гибридных грызунов представляли собой нечто среднее между сложными тоннелями береговых и простыми норами оленьих хомячков. Убедившись в наличии некой генетической "программы" постройки нор, авторы статьи попытались найти ее, сравнив геномы гибридов из нескольких поколений и их "чистых" родителей.

Оказалось, что программа рытья нор представляла собой своеобразный генетический "конструктор" из нескольких фрагментов ДНК, соединенных друг с другом. По словам ученых, добавление или удаление одного из них приводит к серьезным изменениям в стратегии рытья нор, которой следует грызун.

Так, добавление лишней копии одного участка, который удалось выделить ученым, увеличивало среднюю длину входного тоннеля на 3 сантиметра. Удаление другого участка приводило к тому, что мыши "забывали" секрет постройки спасательного выхода.

Уэбер и его коллеги полагают, что схожие генетические "программы" могут содержаться в геномах и других грызунов, умеющих выкапывать сложные норы.

Разделение этой программы на несколько независимых друг от друга участков, по всей видимости, позволяет грызунам гибко менять стратегию рытья нор при изменении условий окружающей среды или появлении новых угроз для безопасности популяции. Вполне возможно что "модульная" конструкция некоторых участков генома объясняет разнообразное поведение и других видов животных, заключают ученые.

Источник: РИА Новости

Учёные расшифровали полный геном людей, живших примерно 50 тысяч лет назад бок о бок с неандертальцами и анатомически современными людьми. Это позволило узнать положение "новичков" на родственном древе и выявить следы их скрещивания с нашим видом.

Ветвь людей из Денисовой пещеры и другие генетические линии человека. Поперечные связи показывают случаи скрещивания (иллюстрация Nature) Международная команда исследователей секвенировала ядерную ДНК нового вида, официально ещё не признанного, а неформально названного денисовцами (Denisovans) — по имени Денисовой пещеры на Алтае, где были найдены останки. Результаты анализа, опубликованные в Nature, говорят, что денисовцы имеют общее происхождение с неандертальцами, то есть генетически ближе к ним, чем к нам.

В дополнение к кости пальца, раскопанной ранее, учёные нашли зуб нового вида людей, из которого удалось извлечь митохондриальную ДНК. Она оказалась идентичной мтДНК из кости пальца. При этом морфологические особенности зуба не соответствуют зубам сапиенсов или неандертальцев, что указывает – найденный вид действительно новый (фото Nature, bbc.co.uk) Вместе с тем оказалось, что в современных меланезийцах 4-6% ДНК заимствованы от вида Denisovans. С учётом географического положения находки следует предположить, что люди из Денисовой пещеры некогда были распространены на тысячи километров по всей Евразии. И при этом они эпизодически скрещивались с Homo Sapiens Sapiens. Правда, передача генов была мимолётной. Учёные посчитали, что на тысячи людей того времени могло приходиться всего порядка 50 случаев межвидовых браков.

Кстати, вместе с денисовцами уже насчитывается четыре вида человека, обитавшего на планете всего несколько десятков тысяч лет назад, когда сапиенсы покидали Африку, расселяясь по свету. Четвёртый — это до сих пор вызывающие споры карликовые люди с удивительного острова Флорес, неофициально именуемые хоббитами.

Источник: MEMBRANA

Интернациональная группа генетиков представила черновой вариант расшифровки генетического кода содержащегося в неволе орангутанга Сюзи.

Суматранский орангутанг Сюзи принадлежит к менее распространённому виду суматранских орангутангов Pongo abelii. Используя геном в качестве справочного материала, авторы получили менее детальные расшифровки ещё по пяти диким Pongo abelii и пяти представителям второго, более многочисленного вида борнейских орангутангов Pongo pygmaeus.

Два вида были физически разделены на протяжении как минимум 21 000 лет (отсчёт ведётся с момента исчезновения сухопутной перемычки между Суматрой и Борнео). При этом предполагалось, что Pongo abelii и Pongo pygmaeus стали самостоятельными видами гораздо раньше — более миллиона лет назад. Теперь эта оценка пересмотрена: по данным учёных, пути двух видов разошлись лишь 400 тысяч лет назад.

Новый геном также сравнили с уже известными вариантами генетической последовательности человека и шимпанзе. Как выяснилось, геномы Pongo и Homo sapiens совпадают на 97%, но на некоторых участках они подходят ближе друг к другу, чем геномы человека и шимпанзе, схожие на 99%. Структура генома орангутанга эволюционировала гораздо медленнее, чем у других гоминидов: наши отдалённые родственники обошлись меньшим количеством дупликаций, делеций и перестроек генетического материала. У них явно снижена роль Alu-повторов, коротких мобильных элементов, которые отвечают более чем за 10% генома человека.

К удивлению исследователей, суматранские орангутанги, численность популяции которых оценивается всего в 7 000 особей, продемонстрировали завидное генетическое разнообразие и по этому параметру обогнали своих сородичей. На Борнео сейчас проживает около 50 тысяч орангутангов.

Результаты исследования в изложении Девина Локке (Devin Locke) из Университета Вашингтона в Сент-Луисе: