Материалы портала «Научная Россия»

Биологи идентифицировали генетический механизм эволюции новых признаков

Биологи идентифицировали генетический механизм эволюции новых признаков
Ученые получили доказательства того, что новые характерные черты организма могут развиваться из уже существующих генов. Это опровергает идею необходимости появления новых генов для эволюции признаков, - пишет phys.org.

Ученые получили доказательства того, что новые характерные черты организма могут развиваться из уже существующих генов. Это опровергает идею необходимости появления новых генов для эволюции признаков, - пишет phys.org.

«Откуда берутся новые свойства? - спрашивает Крейг Альбертсон из Университета Массачусетса в Амхерсте. - Этот вопрос существует уже несколько столетий, но у нас есть только те инструменты, которые позволяют охватить примерно 10-20 лет. Требуются ли радикальные геномные изменения или это больше про переделывание внутри существующих генетических моделей?»

Теперь результаты, полученные путем «элегантного набора экспериментов» (по выражению Крейга Альбертсона) на африканских рыбках цихлидах, подтверждают идею того, что новые черты могут быть получены из расширяющихся модулей генного регулирования, которые всегда существовали в организме.

«Хотя пополнение существующих молекулярных путей было продемонстрировано у беспозвоночных, у позвоночных это встречаются редко, - отмечает Альбертсон. - Теперь у нас есть убедительные доказательства того, что эволюция этой причудливой черты обусловлена, по крайней мере частично, увеличением экспрессии основных членов существующей сети генов». В случае с цихлидами причудливая черта - это сильно увеличенная морда, которая висит над верхней челюстью, и зубы животного, которые помогают ему вырывать жесткие, нитевидные водоросли из камней.

Исследователи показывают, что морда цихлид состоит из двух тканей, межмаксиальной связки, которая соединяет правую и левую стороны верхней челюсти, и покрывающей их рыхлой соединительной ткани. Связка присутствует у всех цихлид, но у рыб с очень крупными мордами эти ткани чрезвычайно развиты и переплетаются с прикреплением связки к коже, образуя уникальный связочно-эпителиальный комплекс.

Альбертсон объясняет: «Связки обычно соединяют кости с костью, а эта уникальная анатомическая конфигурация, вероятно, играет важную роль в кормлении этих животных». Они прижимают добычу ко дну озера, выталкивают челюсти под нее, набирают полный рот водорослей, вырывают их из камней, а затем отводят челюсти обратно в череп. Все это может происходить почти без движений тела, что позволяет рыбам затрачивать меньше энергии на добычу пропитания.

Подозревая, что в процессе развития связок участвует генно-регуляторная сеть, которая включает в себя трансформирующий ростовой фактор бета (Tgfβ) и фактор транскрипции Scleraxis (Scx), Альбертсон и Конит разработали ряд экспериментов, которые включали манипулирование белками, экспрессию генов и генетические отображение. Выяснилось, что эти факторы не только на более высоком уровне выражены у рыб с большими мордами, но и помогают им выращивать межмаксиальную связку.

Исследователи использовали генетическое картографирование, чтобы выяснить, коррелируют ли специфические мутации, которые ведут к развитию массивной морды, с компонентами сигнального пути Tgfβ. «Оказалось, они связаны между собой, - говорит Альбертсон. - Хотя мы не нашли убедительных доказательств существования мутаций в Tgfβ или рядом с ним, мы обнаружили их в компонентах сигнального пути, работающих внутри клетки. Как специфический фактор транскрипции scx, так и преобразователи сигналов - SMAD, которые работают над расшифровкой или «включением» scx, были исследованы в рамках генетического картографирования».

Кроме того, генетическое картирование включало в себя белок, известный как Adam12, который никогда раньше не считался вовлеченным в формирование связок – его участие в процессе подтвердилось при исследовании рыбок данио. В совокупности эксперименты подтверждают гипотезу о том, что путь Adam12-Tgfβ-Scx является уже существующим генетическим модулем для развития связок, который был использован для эволюции крупных морд у рыб.

«Что касается пути Tgfβ-Scx, то уже известно, что он участвует в развитии связок и сухожилий. В основном мы показываем, что этот скачок в эволюции объясняется просто прокруткой этого пути развития. Это относительно простое молекулярное изменение, которое породило довольно сложный фенотип, - говорит Альбертсон. - Adam12 впервые предстал действующим лицом в формировании связок, и поэтому можно сказать, что, изучая эту примечательную особенность цихлид, мы узнали что-то новое, представляющее интерес для общества».

[Фото: phys.org]

Источник: phys.org

генно-регуляторная сеть гены развитие новых свойств цихлиды эволюция

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий