Wat als evolutie niet over toeval ging?

Een studie door het Max Planck Instituut voor Biologie in Tübingen (Duitsland) en de Universiteit van Californië, Davis (VS) daagt onze traditionele kijk op evolutie uit, die plaatsvindt door willekeurige mutaties in het genoom van soorten. Deze bevindingen zullen onze benadering van de domesticatie van planten en van de behandeling van kanker veranderen.

Een tijdlang hebben ontdekkingen in de genoombiologie geleid tot een heronderzoek van traditionele opvattingen. Het is nu bekend dat de samenstelling van nucleotiden, epigenetische eigenschappen en veranderingen in DNA-herstel de mogelijkheid van mutaties op verschillende locaties in het genoom kunnen beïnvloeden.

Als een mutatie op een bepaald moment enig voordeel geeft aan een individu, is de kans groot dat deze wordt behouden en doorgegeven aan volgende generaties. Dit is niet het geval voor schadelijke mutaties die niet worden overgedragen, omdat ze bijvoorbeeld het voortbestaan ​​van het individu of zijn vermogen om zich voort te planten impliceren, en dus geëlimineerd worden door natuurlijke selectie.

Gray Munro, universitair hoofddocent bij de afdeling Plantenwetenschappen aan de Universiteit van Californië, Davis en hoofdauteur van de studie, merkt op: We hebben altijd gedacht aan mutaties die bij toeval in het hele genoom voorkomen. Het blijkt zelfs dat het mutatiepatroon niet alleen heel willekeurig is, maar ook niet-willekeurig op een manier die de plant ten goede komt. ».

Een plant die zijn erfgoed beschermt

Onderzoekers zijn geïnteresseerd in soorten Arabidopsis thaliana (gewoonlijk “Arabische dames” genoemd), waarvoor voldoende genetische gegevens zijn om de novo mutaties (dat wil zeggen, nieuwe mutaties die geen van beide ouders in hun genetische erfgoed heeft) op grote schaal te bestuderen.

Planten zijn gegroeid in een omgeving die gunstig is voor hun ontwikkeling, zelfs die met schadelijke mutaties, die volgens onze historische kijk op evolutie kunnen worden geëlimineerd door natuurlijke selectie. Zo waren de auteurs in staat om alle mutaties die verschijnen op te sommen en statistisch te analyseren om te bepalen of deze mutaties gerelateerd zijn aan kenmerken van epigenetische overerving, dat wil zeggen aan factoren die genen reguleren en controleren, maar niet worden gecodeerd door DNA-sequenties . .

De onderzoekers zijn erin geslaagd om de regio’s van het genoom die gevoeliger lijken te zijn voor mutaties, en de regio’s waar mutaties zeldzaam zijn, naar voren te brengen. Vervolgens koppelden ze deze verschillen enerzijds aan de plaats van de mutatie en anderzijds aan de kwaliteit van de aangetaste genen. In het eerste geval was de frequentie van mutaties inderdaad 58% lager in de genlichamen dan in de aangrenzende genruimte. In het tweede geval waren er minder mutaties in de vitale genen van de plant, in tegenstelling tot genen die gespecialiseerde functies vertonen (bijv. omgevingsrespons).

« Dit zijn de regio’s van het genoom [contenant les gènes vitaux] Het meest kwetsbaar voor de schadelijke effecten van nieuwe mutaties Weigel legde uit, Het herstel van DNA-schade lijkt dus bijzonder effectief in deze regio’s Hij specificeert echter dat “Belangrijke gebieden” […] Het kan ook evolueren, zij het in een langzamer tempo dan andere delen van het genoom.”

Beschermende elementen voor verwante genen in de menselijke geneeskunde

Een andere belangrijke bevinding: DNA-bindende eiwitten beïnvloeden het al dan niet optreden van mutaties. Essentiële plantengenen hebben sterke genetisch gerelateerde eigenschappen (reparatie, regulatie van genexpressie) wat resulteert in een lage mutatiesnelheid. De plant beschermt deze vitale genen tegen mutaties, een zogenaamde mutatiebias. Om de adaptieve waarde van deze mutatiebias te begrijpen, overweeg het voorbeeld van geladen dobbelstenen (epigenetische factoren) met een lage kans op het uitrollen van lage aantallen (dwz schadelijke mutaties), en daarom een ​​grotere kans op het uitrollen van hoge aantallen (dwz gunstige mutaties) .

Deze ontdekkingen kunnen ons dus helpen te voorspellen welke genen waarschijnlijk vatbaar zijn voor mutatie, en de belangrijkste elementen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van ziekten bij mensen, zoals kankers. Dit zou toestaan Menselijke genen beschermen tegen mutaties zegt Monroe.

Het is duidelijk dat het nodig is om de mate en omvang van mutatiebias later te testenArabidopsis (Studiefabriek). Aangezien deze adaptieve mutatie-bias een product van evolutie is, kan deze tussen organismen verschillen. In het licht van deze vroege bevindingen komt mutatie niet langer naar voren als een richtingloze kracht in de evolutie, maar als een potentieel nieuw hulpmiddel om evolutie te begrijpen en nuttig voor de menselijke geneeskunde.

bron : Natuur (2022)