Три периода инноваций в регуляции генов произошли в ходе эволюции позвоночных

Исследователи, проанализировавшие последовательности ДНК геномов позвоночных, выявили три отчетливых периода эволюционных инноваций, сопровождавших их диверсификацию за последние 530 миллионов лет.

Исследование, проведенное учеными Калифорнийского университета в Санта-Крузе и опубликованное в Science, было сосредоточено на регуляторных элементах, которые управляют активностью генов. Было обнаружено три широкие категории эволюционных инноваций в регуляции генов, частота которых увеличивалась в разные периоды эволюции позвоночных.

Первый период (до ~300 млн лет назад) был связан с инновациями, затрагивающими гены эмбрионального развития и «факторы транскрипции» — белки, регулирующие целые группы других генов. Пик новых регуляторных элементов для факторов транскрипции пришелся на ранних предков позвоночных 500 млн лет назад.

Второй тренд (~300–100 млн лет назад) затронул гены, участвующие в межклеточной коммуникации (например, гены рецепторных белков). Этот рост наблюдался независимо в линиях рыб и животных с амниотическими яйцами (птицы, рептилии, млекопитающие).

Третий тренд (последние 100 млн лет) проявился у плацентарных млекопитающих в виде увеличения регуляторных инноваций для генов, вовлеченных во внутриклеточные сигнальные пути.

Исследование также подтвердило метод: около 250 млн лет назад, когда у предков млекопитающих появился волосяной покров, был зафиксирован всплеск регуляторных инноваций возле генов, связанных с формированием волос.

Ключевой вывод: Большинство эволюционных изменений у позвоночных, включая появление новых планов строения тела, перьев и волос, были результатом не появления новых генов, а возникновения новых регуляторных элементов, которые включают и выключают гены в разных паттернах.