Ekstrem mutasjon – hva skjer da?

Naturen myldrer av variasjon. Premisset for dette mangfoldet av arter, tilpasninger og livsstrategier er forskjeller i DNAet - den genetiske koden.

Hvordan oppstår nye egenskaper?
Dersom vi ønsker å forstå hvordan biologisk mangfold og nye tilpasninger oppstår, må vi også forstå hvordan ny DNA-variasjon oppstår gjennom mutasjoner og hvordan disse nye kode-variantene gir opphav til nye funksjoner.

Forskjellene kan ligge i DNA kodens sekvens, hvordan DNAet er organisert i kromosomer, eller hvordan koden brukes i ulike celler og organismer.

Dobling av arvestoffet
En av de mest spektakulære måtene arvestoffet kan endres er spontan duplisering av hele arvestoffet. Hvert gen får en kopi av seg selv på et annet kromosom. Denne mutasjonstypen er selvfølgelig en svært sjelden, men når det først skjer kan det få store konsekvenser for evolusjon av nye egenskaper og arter. Dette er i hvert fall hva man har trodd til nå.

Ideen er intuitiv: når ett gen blir til to, kan den ene kopien beholde den opprinnelige funksjonen, mens den andre kopien kan fritt akkumulere mutasjoner og endre funksjon. Dette skaper igjen masse ny genetisk variasjon som er råstoffet for nye tilpasninger.

En sentral hypotese innen evolusjonsbiologien er derfor at duplikasjon av arvestoffet gir raskere evolusjon av nye tilpasninger, men dette har aldri blitt testet skikkelig med empiriske undersøkelser. For er det riktig? Gir dobbelt sett av gener masse nye egenskaper og tilpasninger? Det er dette spørsmålet forskerne ønsker å svare på i dette prosjektet.

Laksefisk kontra gjedde
I prosjektet bruker forskerne laksefiskene som modellsystem til å teste om det er en sammenheng mellom genomduplisering og evolusjon av nye genfunksjoner og tilpasninger. Alle laksefiskers stammor fikk nemlig hele sitt arvestoff duplisert for rundt 100 millioner år siden.

For å gjøre dette, skal nye statistiske metoder og bioinformatikk brukes til å kartlegge hvordan laksefiskens dupliserte gener brukes i ulike organ, og deretter sammenliknes disse resultatene med slektninger, blant annet med gjedda, som ikke har noe ekstra gensett. På denne måten kan det måles om genduplisering i seg selv gir økt sannsynlighet for utvikling av nye genfunksjoner og tilpasninger.

Dataresultater settes på prøve
Til slutt skal moderne genredigering-teknologi (CRISPR) brukes til å teste resultatene som kommer fra forskernes databeregninger.

Dette vil bli gjort ved å slette genduplikater som har bidratt til nye funksjoner, og deretter sjekke om dette får konsekvenser for fiskens fysiologi. Prosjektet skal spesifikt fokusere på nye genfunksjoner involvert i stoffskiftet i leveren.

I laboratoriet kan nemlig leverbiter fra den genredigerte fisken holdes levende i petriskåler over flere uker. Dermed kan de gi den samme leveren ulike kombinasjoner av ”mat” og gjøre svært detaljerte målinger for å teste om, eller hvordan, leverens funksjon endres når to genkopier igjen blir til en.

Resultatene fra dette prosjektet vil gi helt ny forståelse om hvordan den mest ekstreme formen for DNA mutasjoner – hel-genomduplikasjoner – er med på å legge til rette for evolusjon av nye egenskaper og tilpasninger.