Самой большой скоростью появления новых мутаций, вероятно определившей развитие новых жизненных форм на Земле, обладают вироиды - патогены растений, представляющие собой короткие кольцевые молекулы РНК, не кодирующие никаких белковых молекул и существующие всецело за счет ферментов инфицированных ими клеток.
Прежде считалось, что наибольшей скоростью появления новых мутаций обладают РНК-вирусы, устроенные куда более сложно, чем вироиды, не имеющие даже белковой оболочки. Команде Сельмы Гаго из испанского Института молекулярной и клеточной биологии растений удалось впервые оценить скорость появления мутаций в РНК последовательности вироида Chrysanthemum chloroticmottle viroid (CChMVd), представляющего собой короткую молекулу РНК, состоящую всего из 399 нуклеотидов.
Для этого ученые заразили лабораторные растения этим вироидом и наблюдали за дальнейшим процессом появления новых копий патогена внутри инфицированных клеток - репликацией. РНК CChMVd имеет участок из 15 нуклеотидов, сохраняющийся в неизменном виде от репликации к репликации, так как именно он отвечает за процессы копирования вироидной РНК внутри растительной клетки хозяина.
Любые мутации в этом участке и прилегающих к нему фатальны для новых копий вироидов, а потому количество этих мутаций можно отследить по соотношению вироидов-мутантов, образовавшихся на последней стадии репликации внутри клеток растения. Оказалось, что скорость мутации - случайной замены одного нуклеотида на другой в процессе репликации - составляет 0,0025 замен на нуклеотид на репликацию. То есть практически каждый акт копирования вироидной РНК CChMVd, состоящей из 399 нуклеотидов, приводит к новой мутации, возникающей из-за ошибок копирования последовательности. Эта скорость на два порядка превосходит скорость появления мутаций у РНК-вирусов.
Из-за простоты устройства вироидов, такие ошибки, образующиеся в ходе предельно просто устроенного акта размножения, практически не сказываются на их популяции в целом. В то же самое время более сложные геномы, даже такие сравнительно простые, как вирусные, не говоря уже о геномах многоклеточных животных и растений при такой скорости появления новых мутаций функционировать бы просто не смогли.
По мнению авторов публикации, их работа является наглядным свидетельством тому, что именно развитие и усложнение системы повышения качества репликации генома организмов во многом определило скорости и пути дальнейшего усложнения форм жизни на Земле.
Для этого ученые заразили лабораторные растения этим вироидом и наблюдали за дальнейшим процессом появления новых копий патогена внутри инфицированных клеток - репликацией. РНК CChMVd имеет участок из 15 нуклеотидов, сохраняющийся в неизменном виде от репликации к репликации, так как именно он отвечает за процессы копирования вироидной РНК внутри растительной клетки хозяина.
Любые мутации в этом участке и прилегающих к нему фатальны для новых копий вироидов, а потому количество этих мутаций можно отследить по соотношению вироидов-мутантов, образовавшихся на последней стадии репликации внутри клеток растения. Оказалось, что скорость мутации - случайной замены одного нуклеотида на другой в процессе репликации - составляет 0,0025 замен на нуклеотид на репликацию. То есть практически каждый акт копирования вироидной РНК CChMVd, состоящей из 399 нуклеотидов, приводит к новой мутации, возникающей из-за ошибок копирования последовательности. Эта скорость на два порядка превосходит скорость появления мутаций у РНК-вирусов.
Из-за простоты устройства вироидов, такие ошибки, образующиеся в ходе предельно просто устроенного акта размножения, практически не сказываются на их популяции в целом. В то же самое время более сложные геномы, даже такие сравнительно простые, как вирусные, не говоря уже о геномах многоклеточных животных и растений при такой скорости появления новых мутаций функционировать бы просто не смогли.
По мнению авторов публикации, их работа является наглядным свидетельством тому, что именно развитие и усложнение системы повышения качества репликации генома организмов во многом определило скорости и пути дальнейшего усложнения форм жизни на Земле.