Стресс вызывает адаптивные амплификации генов
Амплификации генов (путем последовательных тандемных дупликаций) - это один из видов спонтанной генетической изменчивости. У микроорганизмов амплификации генов возникают с частотой lO-3-lO-4 в любой точке генома, но при отсутствии селективного давления довольно быстро (в течение нескольких делений) исчезают. Для возникновения протяженных амплифицированных областей необходимо образование исходной тандемной дупликации, но механизм образования ее не известен. Дальнейшее удлинение амплифицированного района происходит путем неравного кроссинговера между двумя новосинтезированными двунитевыми молекулами ДНК за счет (в основном) системы гомологичной рекомбинации и фиксируется отбором, если в стрессовых условиях невозможность (или замедление) роста вызвана тем, что активность гена, который мог бы обеспечить такой рост, слишком мала [ Вельков ea 1982 , Stark ea 1984 ].
Оказывается, стрессы, вызывающие SOS-ответ и выключающие систему MMR, приводят также и к повышению скорости возникновения тандемных дупликаций. Уже 10 лет назад обнаружено, что у Е. coli с конститутивно активированным SOS-регулоном (из-за мутации recA730) количество дупликаций возрастает более чем в 10 раз. При этом механизм их возникновения отличается от механизма нормальной гомологической рекомбинации [ DimpflJ.. ea 1989 ]. Образование же тандемных дупликаций за счет гомеологической рекомбинации (при неполной гомологии рекомбинирующих ДНК) также повышается на порядок, но уже при инактивации генов mutS и mutL , кодирующих белки, которые в нормальных условиях присоединяются к областям с неспаренными основаниями [ Petit ea 1991 ]. Адаптивные амплификации открыты при детальном анализе молекулярной природы адаптивных мутаций. 20-30% всех "стандартных" адаптивных мутаций lac-оперона, накапливающихся при нелетальной селекции, - это области длиной от 10 до 40 т.п.н., содержащие от 20 до 100 прямых повторов. Остальные 70-80% адаптивных мутаций - точковые [ Hastings ea 2000 ]. Секвенирование показывает, что примерно половина всех lac+-мутантов, возникающих на 8-10 день, не несут нуклеотидных замен в lac-опероне и весьма нестабильны при росте в неселективной (богатой) среде, что характерно для амплификации [ Powell ea 2001 ]. Таким образом, второй механизм, генерирующий генетическое разнообразие при стрессах -адаптивные амплификации, - более гибок и безопасен, необратимых изменений в ДНК при этом не происходит, если условия среды улучшаются, амплифицированные области исчезают. Определяющая роль дупликаций в возникновении новых генов и формировании геномов известна [ Force ea 1999 , Meyer ea 1999 ], поэтому амплифицированные области могут стать материалом эволюции.
