Группа российских ученых изучила направления эволюции аминокислотных последовательностей белков у позвоночных животных и насекомых и проследила, как факторы внешней среды и взаимодействия между генами влияют на ее процесс. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Белки обеспечивают большинство важнейших функций организма, поэтому по изменениям их аминокислотных последовательностей ученые могут отслеживать эволюционные изменения и их значения для организма. Эволюция белковых последовательностей может происходить под действием внешних факторов, таких изменения окружающей среды или влияние патогенов, это классический двигатель эволюции. Второй фактор — изменения внутри генома: обычно в этом случае имеется в виду эпистаз — взаимодействие между разными генами.
Группа ученых из Сколковского института науки и технологий, Института проблем передачи информации РАН, МГУ и Центрального научно-исследовательского института эпидемиологии показала, что эти две силы приводят к противоположным паттернам эволюции последовательностей. Таким образом, анализируя эти паттерны, можно оценить вклад внешней среды и эпистаза в эволюцию белков.
«“Паттерны” заключаются в том, что из-за внешних изменений вариант гена, который сейчас закрепился в ходе эволюции, со временем будет становиться менее выгодным. А под действием эпистаза, наоборот, происходит коэволюция, взаимодействующие участки генома “подстраиваются” друг под друга, и в итоге их удачное сочетание становится все более эволюционно выгодным», — рассказывает первый автор исследования Анастасия Столярова.
С помощью биоинформатического анализа белковых последовательностей из геномов позвоночных и насекомых ученым удалось описать новые универсальные эволюционные закономерности. Можно сказать, что внешние факторы служат причиной положительного отбора, действующего на некоторые позиции в геноме, и являются важным аспектом быстрой эволюции в этих позициях. А вот действие эпистаза проявляется в позициях под отрицательным отбором, в результате чего в них реже происходят замены с одного варианта на другой — они эволюционируют медленнее.
