Mutationer kan vara evolutionens grädde på moset, men vi föreställer oss vanligtvis att de ändrar befintliga gener. Detta lämnar en viktig fråga öppen: Var kommer generna egentligen ifrån? I många fall uppstår nya gener genom duplicering. Om en DNA-sträcka dupliceras av misstag under replikationen är de kopierade generna fria att bygga upp mutationer och få nya funktioner. I en artikel som nyligen publicerades i Science rapporterar forskare från UC Davis och University of North Carolina at Chapel Hill om upptäckten av en annan väg till genbildning, genom förändringar i icke-kodande DNA-sträckor.
Gruppen extraherade och sekvenserade RNA från testiklarna hos sex vilda stammar av fruktflugan Drosophila melanogaster. Genom att jämföra de RNA-transkriptioner som identifierades i deras data med standardreferenssekvensen för D. melanogaster hittade de 142 kandidater för de novo-gener – gener som uttrycktes i minst en av de vilda stammarna men inte i referensstammen. Dessa gener uttrycktes inte heller i två andra Drosophila-arter, D. simulans och D. yakuba; med all sannolikhet är detta nya gener som nyligen har dykt upp i vissa D. melanogaster-populationer. ”Detta är det första exemplet på helt nya gener som fortfarande sprids i en art”, säger Li Zhao, postdoktoral forskare vid UC Davis och försteförfattare till artikeln.
De flesta av kandidatgenerna innehöll en öppen läsram, en region som avgränsas av START- och STOP-kodoner och som teoretiskt sett skulle kunna koda för ett protein. Referenssekvensen i D. melanogaster innehåller samma öppna läsramar, men de transkriberas inte till RNA. Teamet antog att förändringar i regleringen omvandlade dessa icke-kodande regioner till nya gener, och i vissa fall kunde de identifiera kandidatmutationer i den reglerande regionen uppströms den nya genen.
Differenta selektionskrafter formar ödet för kodande och icke-kodande DNA-sträckor; när de nya generna väl utvecklades skulle de ha utsatts för selektion. ”Om den har en gynnsam effekt blir den selekterad”, säger Zhao. För att testa detta mätte teamet mängden variation i de nya generna i de sex stammarna. De fann minskad nukleotiddiversitet och lägre nivåer av heterozygositet, båda tecken på selektiva processer i arbete. Överraskande nog hittade de bara bevis för svagare selektion eller mjuka selektiva svep, trots att man ofta tror att nya mutationer utsätts för stark selektion.
”Det är svårt att i nuläget säga hur viktigt det här fenomenet är för att generera nytt genetiskt material”, säger Zhao. Även om det är oklart hur viktig denna process är och hur mycket den bidrar är det sitll en mycket spännande upptäckt. Liksom de flesta andra forskare har jag i allmänhet tänkt på att gener uppstår genom duplicering och divergens, men detta väcker nya spännande möjligheter att överväga. Framtida studier kommer att behöva avslöja hur vanlig denna typ av de novo genutveckling är och dess konsekvenser, och jag ser fram emot att följa frukterna av den forskningen!