필수 유전자는 종종 진화 시간에 얼어 붙는 것으로 생각됩니다. 변화 나 죽어 가면 유기체의 죽음으로 이어질 수 있기 때문에 전혀 느리게 진화합니다. 수백만 년의 진화가 분리 된 곤충과 포유류를 분리하지만 실험에 따르면 hox Drosophila에서 신체 계획의 발달을 안내하는 유전자 과일 파리와 생쥐는 너무 비슷하기 때문에 장애없이 교체 할 수 있습니다. 이 놀라운 진화 보존은 게놈 연구에서 기본적인 개념입니다.
그러나 새로운 연구는 유전자 보존에 대한이 근거가 머리에 바뀝니다. 시애틀에있는 Fred Hutchinson Cancer Research Center의 연구원들은 지난 주 elife 에서보고했습니다. 과일 파리의 큰 종류의 유전자는 생존에 필수적이며 매우 빠르게 진화합니다. 실제로 과학자들의 분석은 유전자의 변화를 계속 변화시키는 능력이 필수 특성의 열쇠라고 제안합니다. 연구를 감독 한 하워드 휴즈 의료 연구소 수사관 인 해먼트 말릭 (Harmit Malik)은“이 의문의 여지가있을뿐만 아니라 물에서 교리를 날려 버리고있다”고 말했다.
시카고 대학교의 진화 유전 학자 인 Manyuan Long은“이 작업은 너무 아름답습니다. “연구자들은 빠르게 변화하는 헤테로 크로 마틴이 새로운 필수 유전자의 진화를 유발한다는 것을 발견했습니다. 그냥 놀랍습니다!”
새로운
의 예기치 않은 중요성1970 년대와 80 년대에 필수 기능을위한 유전자가 고도로 보존 된 서열을 가졌으며 그 반대로 진화와 발달 생물학의 분야를 지배했다는 아이디어. 새로운 유전자는 거의 발생하지 않는다고 생각되었습니다. 그러나 2000 년대 초, 소수의 연구원들은 젊고 빠르게 진화하는 유전자가 본질적으로 드물지 않다는 것을 보여주었습니다. 큰 의문은이 젊은 유전자에서 기능의 진화를 둘러싸고 있었지만, 기본적으로 종과 휘파람이었고 작고 필수적인 장점과 개선만을 제공하며 생존에 중요한 것은 아닙니다.
.그렇기 때문에 2010 년에 그와 그의 학생들이 Drosophila에서 200 명의 젊고 새로운 유전자를“쓰러 뜨렸다”고 2010 년에 너무 놀랐습니다. RNA 간섭이라는 기술을 사용합니다. 그 젊은 유전자의 거의 30%가 필수로 판명되었습니다. 파리는 그들없이 죽었다. 그러나 놀랍게도 거의 동일한 비율의 오래된 유전자가 필수적이었습니다. 젊은 유전자는 필수 기능을 인코딩하기 위해 오래된 유전자만큼이나 가능했을 것입니다.
Long은“정말 충격적이고 매우 흥분했습니다. "우리 가이 분야의 오래된 아이디어는 옳지 않다고 생각했습니다." 그들의 발견은 너무 상징적 인 것처럼 보였기 때문에 Long은 데이터를 신중하게 수집하고 CRISPR과 같은 새로운 기술을 사용하여 더욱 테스트하기로 결정했다고 말했다. 그의 팀은 최근의 사전 인쇄물에서 2010 년 연구를 업데이트했으며, 이는 이전 연구의 방법 론적 문제를 해결하고 분석을 702 New Drosophila 으로 확장했습니다. 유전자. 새로운 논문은 같은 일반적인 결론에 도달했지만 새로운 질문을 제기했습니다.이 젊은 유전자들은 정확히 무엇을하고 있었으며 어떻게 그렇게 생생하게 되었습니까?
오래된 것과 새로운 비교
알아 내기 위해 Malik과 그의 대학원생 Bhavatharini Kasinathan은 zad-znf 에 중점을 두었습니다. 곤충에서 가장 큰 전사 인자 패밀리 인 유전자. 이 중 일부는 Long의 초기 연구에서 새로운 필수 유전자로 표시되었지만 그 기능은 잘 이해되지 않았습니다. 이들 zad-znf의 약 70 개 유전자는 모든 Drosophila에 존재하는 것으로 밝혀졌습니다 종, 20 개는 아니었다 :그들은 다양한 drosophila의 4 천만 년에 걸쳐 여러 차례 획득되고 잃어 버렸다. 종.
연구원의 놀랍게도, melanogaster 에 특이적인 20 개의 유전자 4 천만 년에 걸쳐 엄격하게 보존 된 70과 마찬가지로 필수 기능을 인코딩 할 가능성이 높았습니다. 이러한 결과는 독립적으로 Drosophila 전체에서 Long의 관찰을 확인했습니다. 결과에서 게놈은“아름다운”이라고 부릅니다.
그러나 이상한 비틀기에서 Malik과 Kasinathan은 d에 특화된 20 개의 유전자 중에서 melanogaster , 가장 빠르게 진화하는 것은 더 느리게 진화하는 것보다 필수 기능을 인코딩 할 가능성이 훨씬 높았습니다.
Malik은 조사 에서이 시점에서 다음과 같이 말했습니다 :“당신은 생물학 측면에서 생각하는 모든 것에 대해 질문하기 시작합니다.‘잠깐만 기다리십시오. 이게 뭐야? '”
관련 상태를 유지하기위한 경주
이 수수께끼의 결과에 더 깊이 파고 들기 위해 Kasinathan은 nicknack 의 기능에 대한 단서를 찾았습니다. 및 OddJob, 두 가지 필수 zad-znf 빠르게 진화 한 유전자. 그녀가 drosophila 내에서 활동하는 곳을 확인했을 때 세포, 그녀는 또 다른 놀라움에 직면했다.이 전사 인자는 대부분의 유전자가 위치한 게놈의 일부인 유크 로마 틴에 국한되지 않았다.
.대신, 그들은 비 코딩 DNA 및 기타 소위 게놈 정크의 대부분을 포함하기 때문에 주로 침묵 상태로 유지되는 밀도가 붙은 DNA의 영역 인 헤테로 크로 마틴에 국한되었습니다. 헤테로 크로마 틴은 대부분의 작용이있는 유전자가 풍부한 유아 크로 마틴에 초점을 맞추고 싶어하는 분자 생물 학자들에 의해 크게 무시되었습니다. 그러나 헤테로 크로 마틴이 게놈의 지루한 폐차장으로 간주 되더라도, 중심체, 단백질 생성을 돕는 리보솜 RNA와 같은 세포 하우스 키핑에 필수적인 몇 가지 서열을 함유하고 있으며, 게놈 전체에 걸쳐 유전자 발현을 제어하는 조절 RNA. 그것이 너무 빠르게 진화하기 때문에, 다른 종의 헤테로 크로 마틴 구획은 모두 동일한 필수 기능을 다소 수행하지만 그들의 근본적인 DNA 서열은 완전히 다릅니다.
.Malik에 따르면, 이것은 왜 Oddjob 을 설명합니다 및 nicknack 너무 빠르게 진화하십시오 :그들은 기능을 유지하기 위해 헤테로 크로 마틴의 변화하는 DNA 환경에 적응해야합니다. 어떤면에서, 그들은 면역계의 유전자와 같으며, 이는 일종의 무기 경쟁에서 빠르게 진화하는 병원체를 따라 잡기 위해 빠르게 변화합니다. 그러나이 경우 Malik은 다음과 같이 말했습니다 :“필수 기능을 보존하기 위해 게놈에서 일어나는 무기 경쟁과 거의 같습니다.”
.이 두 유전자의 기능을 더 조사하기 위해 연구원들은 nicknack 의 사본을 교환했습니다. 자매 종 사이의 d. Melanogaster 및 d. simulans 유전자의 두 버전이 서로 기능적으로 대체 할 수 있는지 여부를 확인합니다. 흥미롭게도, 그들은 닉네랙을 발견했습니다 melanogaster 에서 simulans 를 저장할 수 있습니다 남성은 아니지만 남성은 아닙니다. Malik은 수컷이 헤테로 크로 마틴으로 가득 찬 거대한 y 염색체를 가지고 있기 때문입니다. Malik은 다음과 같이 설명합니다. melanogaster 에서 Simulans에서 생존을 보장하기에 충분한 기능을 복원 할 수 있습니다 암컷이지만 simulans 의 빠르게 진화하는 모든 헤테로 크로 마틴에 압도됩니다. 수컷.
Kasinathan은“개발에서 우리는 정말로 중요한 유전자에 대해 생각합니다. “그러나 발달에 정말로 중요한 유전자 패밀리의 사례가 있으며, 밀접하게 관련된 전사 인자를 교환하면 효과가 없습니다. 놀랍고 멋지다.”
필수 불가능한 방법
또한 역설적입니다. 새로운 유전자가 필수적이라면 이전 유기체는 어떻게 그들없이 살았습니까? 말릭은 두 가지 가능성을 본다. 하나는 조상 유전자가 그의 기능을 새로운 유전자에게 양조했다는 것입니다. 다른 하나는 새로운 유전자가 조상 유기체가 필요하지 않은 기능을 수행한다는 것입니다. 오늘날 종은 조상이하지 않은 문제에 직면하고 있으며 새로운 문제에는 새로운 해결책이 필요합니다. 그러나 "실제로이 필수 기능의 필요성을 먼저 만든이 헤테로 크로 마틴 서열의 진화라면 어떨까요?" 말릭이 물었다.
"필수 기능 자체는 보존되지 않을 수 있으며 이는 이단 개념입니다." “우리는 단지 필수 유전자가 보존되지 않는다고 말하는 것이 아닙니다. 우리는 실제로 상황에 따라 다르기 때문에 필수 기능이 보존되지 않을 가능성이 있다고 말합니다.”
.Kasinathan과 Malik은 이제 다른 zad-znf 에 관심을 돌리고 있습니다. 전사 인자, 이들 중 다수는 또한 이종 크로마틴에 국소화된다. “우리가 기본적으로 무시했던이 게놈의 구획은 너무 유전자가 부족하기 때문에… S, 젊은 유전자의 역설에 대한 답은 필수적이되고 있습니다.”Malik은 말했습니다.
이 통찰력은 다양한 의학적 상태 및 생물학적 신비와 관련된 유전자를 식별하는 데 중요 할 수 있습니다. Malik은“Centromere 기능에 관심이 있다면 인간, 효모 및 파리에 완전히 보존 된 유전자 만 보면 잠재적 인 치료 적 목표 인 중요한 유전자를 놓칠 수 있습니다. “우리는 직관과 교리가 우리가 중요한 생물학을 많이 놓칠 수있는 시점까지 편견을 가졌습니다.”
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수정 :2020 년 11 월 16 일
이 기사는 원래 의 지속 시간을 잘못 사용했습니다 Drosophila 진화는 4 천만 대신 6 천만 년입니다.
