Учёные обнаружили ключевой генетический механизм эволюции позвоночных

Головастик шпорцевой лягушки (Xenopus). Автор: Марика Салонна

Новое исследование Университета Сент-Эндрюса обнаружило ключевой элемент в загадке того, как эволюционировали все животные с позвоночником — включая млекопитающих, рыб, рептилий и амфибий. В статье, опубликованной в журнале BMC Biology, исследователи обнаружили интригующий паттерн эволюции генов, который, по-видимому, имеет решающее значение для эволюционного происхождения и разнообразия позвоночных.

Все животные обладают основными сигнальными путями, которые их клетки используют для общения друг с другом. Эти пути контролируют развитие эмбрионов и органов, являясь фундаментальными для развития животного и основной мишенью для болезнетворных мутаций, а также для разработки фармацевтических препаратов.

Белки в основе этих сигнальных путей играют решающую роль, поскольку они контролируют конечный результат их работы, подобно системе управления дорожным движением, направляя клетки на определённые реакции и экспрессию генов.

Исследователи создали новые данные секвенирования генов у морского асцидия, миноги и одного из видов лягушек. Они обнаружили, что гены, производящие эти выходные сигнальные белки, эволюционировали особым образом.

Морской асцидий — это беспозвоночное животное, которое помогло выявить изменения при переходе от беспозвоночных к позвоночным. Миноги представляют собой раннюю ветвь в группе позвоночных, что указывает на то, что это изменение произошло именно на переходном этапе.

Взрослая минога. Автор: Себастьян Шимельд

Исследователи использовали секвенирование длинных молекул ДНК, что позволило им различать различные транскрипты каждого гена. Такой метод ранее никогда не применялся для генов, экспрессируемых у этих конкретных животных. Таким образом, учёным впервые удалось охарактеризовать реальный диапазон транскриптов и белков, производимых этими генами в ходе развития позвоночных.

В отличие от беспозвоночного морского асцидия, минога и лягушка производили гораздо большее количество различных форм белков из отдельных генов сигнального выхода по сравнению со всеми другими типами генов.

Это значительное изменение в эволюции позвоночных очень показательно. Учитывая важность этих путей в том, как животные «решают», какие типы клеток, тканей и органов создавать, весьма вероятно, что эти белки сыграли важную роль в том, чтобы сделать позвоночных (животных с позвоночником) отличными и более сложными, чем беспозвоночные.

Ведущий автор исследования, профессор Дэвид Феррье из Школы биологии, заявил:

«Нас очень удивило, как эта небольшая группа очень специфических генов выделяется своим поведением по сравнению с любыми другими генами, которые мы изучали. Будет интересно определить, как эти различные формы белков работают по-разному, создавая то разнообразие типов клеток, которое мы сейчас наблюдаем у позвоночных».

Молодой морской асцидий Ciona. Автор: Сюнскэ Согабэ

Эти разнообразные вариации белков не только проливают свет на происхождение того, как эволюционировали мы и большинство других животных с позвоночником, но также будут важны для будущей работы по пониманию того, как эти белки и пути можно использовать при лечении заболеваний.