Вчені пояснили, як змії в процесі еволюції втратили кінцівки

Вчені вивчили генетичні зміни, які призвели до цієї різниці, і проаналізували деградацію очей у деяких підземних тварин, інформує Ukr.Media.

«Наша робота складалася з вивчення геномів декількох видів хребетних, включаючи ідентифікацію геномних областей, які змінилися лише у змій або підземних ссавців, залишаючись незмінними у інших видів, які не втратили кінцівок або не мають нормальних очей», - уточнює керівник дослідницької групи Джуліана Гуссон Россіто (Juliana Gusson Roscito). Саме дослідження співробітників Інституту молекулярної клітинної біології і генетики імені Макса Планка в Дрездені (Німеччина) опубліковане в журналі Nature Communications.

На думку вчених, ссавці з деградованими зоровими системами, мабуть, виділяють з геномів певні гени - як правило ті, які пов'язані з утворенням кришталика і фоторецепторних клітин в очах. Найімовірніше, цей процес був поступовим, і, врешті-решт, ці гени повністю втратили здатність кодувати білки. Однак, на думку Россіто, цього не сталося зі зміями, які не втратили гени, пов'язані з формуванням кінцівок.

«Щоб бути більш точним, наше дослідження, яке зеквенувало геном змії, дійсно виявило втрату одного гена, але тільки одного. Отже, підхід, який ми обрали, полягав у вивченні не генів, а елементів, які регулюють їхню експресію», - додає вона.

Експресія гена - незалежно від того, «активний» ген чи ні - залежить від регуляторних елементів, які знаходяться за межами самого гена. Вони в основному пропускають або блокують інформацію всередині гена, яка транскрибується в РНК і потім переноситься для генерації білка. Цей процес контролюється цис-регуляторними елементами (cis-regulatory elements, CRE) - послідовностями нуклеотидів в ДНК, розташованими поряд з генами, які вони регулюють. Ці CRE можуть значно змінити функціональність геному за допомогою генів, які вони блокують або активують.

«Регуляторний елемент може активувати або пригнічувати експресію гена в певній частині організму, наприклад у кінцівках, у той час як інший регуляторний елемент може активувати або пригнічувати експресію того ж гена в іншій частині тіла. Якщо ген втрачений, він перестає експресуватися в обох місцях і часто може негативно впливати на формування організму. Однак, якщо втрачений тільки один з регуляторних елементів, вираження може зникнути в одній частині, при цьому зберігшись в інший», - пояснює Россіто.

Тим не менш точно визначити CRE досить складно. Всі гени слідують певною структурною схемою, маючи пари підстав на кожному кінці гена, тому їх легко розмежувати. CRE повинні бути визначені побічно, зазвичай шляхом порівняння послідовностей ДНК з різних видів. Саме це і зробила команда вчених: вони порівняли геноми змій з генами різних рептилій і хребетних, у яких є кінцівки. За словами фахівців, оскільки «геномних послідовностей для рептилій з добре розвиненими кінцівками мало», вони самостійно і вперше прослідковували геном аргентинського чорно-білого тегу (Salvator merianae).

Використовуючи цей геном в якості прикладу, команда розглянула геноми і декількох інших видів: двох змій (удава і пітона), трьох інших плазунів, трьох птахів, алігатора, трьох черепах, 14 ссавців і риб загону целакантовидних (Coelacanthiformes). Маючи п'ять тисяч можливих кандидатів у регуляторні елементи в ДНК цих видів, команда вивчила геноми декількох видів змій. Їм вдалося звузити пошук до набору CRE, мутація яких могла призвести до зникнення кінцівок у цих плазунів.

Россіто зазначає, що знайдений CRE - лише один з регуляторних елементів для одного з декількох генів, що контролюють формування кінцівок. У своїй роботі вчені значно розширили цей набір, показавши, що деякі інші елементи, відповідальні за регулювання багатьох генів, мутували у змій.