Как изменения размера и формы животных возникают в ходе эволюции

Группа Дэвида Стерна из Принстонского университета показала, как энхансер гена у плодовых мушек может изменить свою функцию через ступенчатые изменения в последовательности ДНК, что приводит к различиям во внешнем виде животных. В работе, опубликованной в Nature, участвовал Алистер Макгрегор из Венского университета ветеринарной медицины.

Исследователи изучают эволюцию морфологии у плодовых мушек. Личинки двух близкородственных видов — распространённой Drosophila melanogaster и более локализованной Drosophila sechellia (встречается только на Сейшелах) — различаются по узорам волосков (трихом). Различие проистекает из изменений в экспрессии гена shaven baby (svb): у Drosophila sechellia этот ген не экспрессируется в определённых типах клеток, и их личинки лишены "полей" волосков на верхней и боковых сторонах спины.

Ранее было установлено, что различия в последовательности ДНК регуляторной области гена svb вызывают разницу между волосатыми и "голыми" видами. Макгрегор обнаружил, что за контроль экспрессии svb на спине личинок отвечают определённые области энхансера E. Последовательность части E6, которая активирует ген, у Drosophila sechellia отличается от таковой у родственных видов.

Постдоки лаборатории Стерна, Николас Франкель и Дениз Ф. Эрезйилмаз, систематически изучили эффекты каждого из изменений в последовательности E6 по отдельности и вместе. Результаты показали:

• Как минимум пять изменений вносят вклад в изменение функциональных свойств энхансера.
• Ни одно изменение само по себе не имеет драматического эффекта.
• Эффект всех изменений вместе гораздо больше, чем сумма их индивидуальных эффектов. То есть, эффект любого конкретного изменения зависит от того, какие изменения уже присутствуют.

Как отмечает Макгрегор, эта работа представляет собой "один из первых функциональных анализов вклада индивидуальных нуклеотидных изменений в энхансере, ответственном за морфологическую эволюцию". Результаты дают возможное объяснение тому, как отдельные мутации, каждая с относительно малыми последствиями, могут "закрепляться" в популяции в результате последующих событий, что в конечном итоге ведёт к эволюции различных морфологий.