Новое исследование выявляет пропасть между редактированием генов и традиционной селекцией
Новая научная публикация в журнале Nature показывает, что возникновение мутаций (повреждений ДНК) в геномах растений не является случайным и что определенные области генома защищены от мутаций. Исследование также показало, что возникновение и частота мутаций в популяциях зависят не только от эволюционного механизма случайных мутаций и естественного отбора, как это традиционно понималось.
При естественном отборе случайные мутации создают новые генетические вариации в генофонде. Затем перед лицом экологических стрессов, таких как засуха или нашествие вредителей, растения и другие организмы с наиболее «подходящими» вариациями генов и, следовательно, характеристиками выживают и передают свои гены. Долгое время считалось, что это главный двигатель эволюции. Но новое исследование показало, что мутация в растениях не случайна и не бесцельна, а смещена в сторону, приносящую пользу растению.
Из исследования можно сделать вывод, что эволюция происходит не просто случайно, но, по-видимому, руководствуется более разумным механизмом.
Неожиданная находка
Как поясняется в комментарии к новому исследованию на Phys.org, мутации происходят, когда ДНК повреждена и не восстановлена, создавая новую вариацию. Ученые хотели узнать, была ли мутация чисто случайной или за этим скроется что-то более глубокое. То, что они обнаружили, было неожиданным.
«Мы всегда полагали, что мутации случайны в геноме», сказал Грей Монро, доцент кафедры растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе, ведущий автор статьи. «Выясняется, мутация очень неслучайна, и она не случайна в том смысле, что приносит пользу растению. Это совершенно новый взгляд на мутацию».
Новое исследование показывает, что в геноме существуют естественные механизмы, которые защищают определенные важные области генома от частых мутаций. Поэтому вместо случайности ученые «обнаружили участки генома с низким уровнем мутаций. В этих участках они с удивлением обнаружили чрезмерное представительство основных генов, таких как те, которые участвуют в росте клеток и экспрессии генов».
Это действительно важные области генома», сказал Монро Phys.org. «Области, которые являются наиболее биологически важными, защищены от мутаций».
Эти области также чувствительны к вредному воздействию новых мутаций. «Поэтому восстановление повреждений ДНК кажется особенно эффективным в этих областях», сказал соавтор Детлеф Вайгель.
Полученные данные еще больше опровергают идею о том, то большинство изменений при редактировании генов может происходить естественным путем
В новой статье не упоминается редактирование генов, но она имеет четкие последствия для идеи, которую часто повторяют сторонники дерегулирования, что новые ГМ-методы, такие как CRISPR/Cas, в первую очередь вносят изменения, которые могут произойти естественным путем. На самом деле, редактирование генов специально разработано для преодоления естественной защиты от мутаций способами, которые не происходят при обычной селекции или вряд ли произойдут.
Как объясняет Testbiotech, в редактировании генов: «Генетические ножницы не позволяют клеткам восстановить первоначальную функцию гена; они также могут подавлять другие естественные механизмы защиты. Например, что касается применения генетических ножниц, не имеет значения, где находятся гены в геноме. Кроме того, CRISPR/Cas также может блокировать функцию всех резервных копий гена-мишени, которых в геноме растений может быть несколько и демонстрируют совершенно новые генетические комбинации, даже если не вставлены никакие дополнительные гены. Их биологические признаки могут явно отличаться от тех, которые обнаруживаются при обычном разведении. Поэтому риски, связанные с этими растениями, должны быть тщательно оценены».
Выводы, сделанные в предыдущей статье, подтверждены
Новые результаты подтверждают результаты научной статьи, опубликованной в 2019 году доктором Катариной Кавалл из проекта «Генная инженерия и окружающая среда», в которой редактирование генов явно сравнивается с традиционной селекцией, включая методы, используемые при традиционной селекции, а именно методы химической или радиационно-индуцированный мутагенез. В этой статье показано, что редактирование генов может привести к изменениям, которых было бы трудно или невозможно добиться с помощью обычной селекции, подчеркивая различия между этими двумя методами.
Комментируя эти две статьи, лондонский молекулярный генетик доктор Майкл Антониу сказал: «Эти результаты показывают, что утверждения о том, что редактирование генов имитирует естественные процессы, не подтверждаются научными данными. Таким образом, попытка дерегулировать редактирование генов на основе его предполагаемой «натуральности» является необоснованной и очень рискованной, поскольку может привести к непреднамеренным изменениям состава продукта с последствиями для здоровья и окружающей среды».
Исследование: nature.com/articles/s41586-021-04269-6
