Международная группа ученых идентифицировала более 2,3 миллиона генетических последовательностей, которые оставались неизменными в течение 300 миллионов лет эволюции растений. Исследование, опубликованное в журнале «Science», описывает механизмы работы так называемой скрытой ДНК, которая ранее считалась малозначимой из-за сложности структуры растительных геномов. В проекте приняли участие специалисты Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор, Кембриджского университета и Еврейского университета в Иерусалиме.
Растительные геномы на протяжении миллионов лет подвергались многократным удвоениям и перестройкам, что затрудняло восстановление их эволюционной истории. Долгое время научное сообщество полагало, что подобные процессы стерли большинство следов прошлого. Однако применение специализированного алгоритма под названием «Conservatory» позволило обнаружить консервативные некодирующие последовательности, которые сохранились в ДНК со времен, предшествующих появлению цветковых растений.
Выявленные фрагменты не участвуют в синтезе белков напрямую, а выполняют функцию регуляторных переключателей. Они определяют время и условия активации конкретных генов, отвечая за адаптацию растений к изменениям окружающей среды. Одной из особенностей исследования стало обнаружение того, что такие переключатели могут находиться на значительном удалении от регулируемых ими генов – на расстоянии более 25 килобаз. Традиционные методы генетического анализа часто игнорировали эти участки, фокусируясь только на прилегающих к генам областях.
Для подтверждения значимости открытия биологи изучили ген «WUSCHEL», ответственный за развитие растительных стволовых клеток. Выяснилось, что его регуляторные элементы остаются практически идентичными на протяжении 300 миллионов лет. Это свидетельствует о чрезвычайной стабильности фундаментальных программ развития, которые сохраняются даже при радикальных изменениях внешних условий и видообразовании.
Результаты исследования имеют практическое значение для сельскохозяйственной биотехнологии. До настоящего времени генная инженерия была сосредоточена преимущественно на модификации самих генов. Новый массив данных позволяет воздействовать непосредственно на центры управления ДНК. Подобный подход открывает возможности для создания сортов культурных растений с заданными характеристиками, включая повышенную урожайность и устойчивость к климатическим стрессам, путем точечной настройки механизмов их роста и развития.
