Эпигенетической код эволюционирует быстрее генетического

Эпигенетической код эволюционирует быстрее генетического
Метилирование ДНК - это средство быстрого реагирования при
приспособлении организма к окружающей среде: изменения в эпигенетическом
метильном коде происходят на пять порядков быстрее, чем в собственно
генетическом.

Изменения в метильном статусе цитозина в ДНК пяти линиях Arabidopsis
thaliana на протяжении 30 поколений; зеленым обозначен немодифицированный
цитозин, розовым - метилированный. (Рисунок авторов исследования.)

Давно известно, что гены не единственная <инстанция>, определяющая
признаки живого организма: наряду с генетическим у растений и животных есть
эпигенетический код. Один из способов его реализации основан на химических
модификациях ДНК, которые изменяют активность того или иного гена. К
азотистому основанию - одной из <букв> генетического кода - прикрепляется
метильная группа, и в результате ген начинает вести себя по-другому.

Рисунок распределения метильных групп по ДНК и есть эпигенетический
код, который передается из поколения в поколение.

Хотя эпигенетическое наследование известно довольно давно,
взаимоотношения между генетическим и эпигенетическим кодом до сих пор во
многом неясны. Множество признаков у растений и животных наследуются явно по
эпигенетическому механизму, но насколько весом вклад такого наследования в
приспособление организма к среде и в эволюцию вида? Ученые из Института
биологических исследований Солка (США) предприняли попытку проследить за
<эпигенетическим> узором у растений на протяжении нескольких поколений.
Эксперимент проводился на популяции Arabidopsis thaliana (классического
объекта в молекулярно-генетических исследованиях), в которой все особи
являлись клонами одного предка. Генетическая идентичность всех растений
позволила проследить именно за судьбой эпигенетических модификаций в ДНК, не
отвлекаясь на разнобой в собственно генетическом коде.

На протяжении тридцати поколений A. thaliana группа во главе с
Джозефом Экером анализировала изменения в участках ДНК растений, которые
обычно являются мишенью для метилирующих ферментов. Оказалось, что у каждого
поколения происходят изменения в нескольких тысячах позиций эпигенетического
кода. По сравнению с полной картой кода это не такая уж большая величина: по
оценкам, полная карта у A. thaliana включает около шести участков для
эпигенетических модификаций. Однако скорость эпигенетических изменений в 10
тыс. раз превышает скорость изменений в собственно генетическом коде.

Как пишут авторы в журнале Science, такие результаты свидетельствуют о
большей гибкости и пластичности эпигенетического кода. Изменения в
метилировании ДНК влекли за собой перемены в активности генов, что
передавалось следующему поколению. Даже без давления окружающей среды многие
признаки подвергались значительным вариациям, и такая пластичность выбора,
безусловно, должна облегчать прохождение через <тернии> естественного
отбора. Эпигенетический код ответит на нужды эволюции гораздо скорее, чем
<медленный> генетический.

По словам исследователей, это свойство характерно не только для
растений, но и для животных с людьми. Хотя способ, которым эпигенетический
код с его <эпимутациями> передается через поколения, он до сих пор во многом
остается для исследователей загадкой.

Подготовлено по материалам Института биологических исследований Солка.