Därför verkar gener flytta på sig – ny kunskap om evolutionen
Ett tillägg till evolutionsteorin kan förklara hur och varför gener förflyttar sig på kromosomer. Forskarna vid Uppsala universitet kallar sin teori för SNAP-hypotesen.
Livet på jorden börjades för nästan fyra miljarder år sedan och diversifierades till ett stort antal olika arter. Evolutionsteorin, tillsammans med upptäckten av DNA-molekylen med gener som kodar för olika ämnen, förklarar hur denna diversifiering gått till. Slumpmässiga mutationer i DNA:t uppstår från generation till generation och kan selekteras om de hjälper individer att anpassa sig bättre till sin miljö. Med tiden har detta lett till att organismer har utvecklats till de olika arter som nu lever i de olika ekosystemen på planeten.
Nuvarande teori förklarar hur gener kan mutera över tid och få nya betydelser. Men ett mysterium som kvarstår inom biologin är de relativa placeringarna av gener på kromosomer – som också förändras över tid. Det är mycket uppenbart hos bakterier, där olika arter ofta har samma gener på mycket olika platser i förhållande till varandra. Sedan livets ursprung har gener ofta bytt plats. Frågorna är alltså, hur och varför flyttar gener sina relativa platser?
DNA-dubbletter bakom oväntad genplacering
Nu föreslår forskare vid Uppsala universitet ett tillägg till evolutionsteorin som kan förklara hur och varför gener förflyttar sig på kromosomer. Hypotesen, som forskarna kallar SNAP-hypotesen, baseras på iakttagelsen att så kallade tandemduplikationer av vissa DNA-sektioner i kromosomerna förekommer mycket ofta i bakterier (mer än en miljon gånger oftare än de flesta mutationer). Dessa dubbletter går spontant förlorade
om det inte finns något selektionstryck, det vill säga inte leder till gynnsamma förändringar hos organismen. Men en selektion för att upprätthålla en duplicering kan ske när bakterier befinner sig i en suboptimal miljö, och kan behöva ”reserver”, till exempel om det duplicerade området inkluderar en gen som ökar tillväxthastigheten på ett dåligt näringsämne.
Dubbletterna innehåller vanligtvis hundratals gener, även om endast en blir selekterad. Forskarna Gerrit Brandis och Diarmaid Hughes menar nu att mutationer snabbt kan samlas i de hundratals icke-selekterade generna, inklusive gener som normalt är essentiella när det bara finns en enda kopia i kromosomen. När två olika essentiella gener har inaktiverats, en i varje kopia av dupliceringen, kan dupliceringen inte längre försvinna. Från denna tidpunkt kommer bakterierna att ha många gener som är onödigt duplicerade, och mutationer för att inaktivera eller ta bort dem kommer att selekteras positivt eftersom de förbättrar överlevnadschansen. Med tiden kan alla onödiga duplicerade gener tappas genom mutation, men detta kommer att ske slumpmässigt i varje kopia av dupliceringen.
Genom denna process, med en slumpmässig förlust av onödiga duplicerade gener i varje kopia av dupliceringen, kan den relativa ordningen för de återstående generna ändras fullständigt. SNAP-processen kan orsaka gen-omordningar mycket snabbt och processen kan förmodligen också bidra till att separera olika arter.
Vetenskaplig artikel:
The SNAP hypothesis: Chromosomal rearrangements could emerge from positive Selection during Niche Adaptation. Brandis G, Hughes D (2020). PLOS Genet 16(3): e1008615.
Kontakt:
Diarmaid Hughes, professor vid institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, Uppsala universitet, diarmaid.hughes@imbim.uu.se
