Расшифрован геном морского конька: утрата генов и регуляторных элементов как движущие силы эволюции

Морской конёк — уникальное существо с рядом необычных черт: вертикальное плавание, отсутствие хвостового и брюшных плавников, тело, покрытое костными пластинами, отсутствие зубов и беременность у самцов.

Международная команда учёных, включая биологов-эволюционистов из группы профессора Акселя Майера (Констанцский университет), секвенировала и проанализировала геном морского конька-тряпичника (Hippocampus comes). Результаты, опубликованные на обложке журнала Nature 15 декабря 2016 года, показывают, что быстрая эволюция морского конька обусловлена тремя ключевыми генетическими механизмами: утратой генов, дупликацией генов и потерей регуляторных элементов.

Утрата генов объясняет исчезновение ключевых признаков

  • Исчезновение зубов: В геноме морского конька утрачены несколько генов, отвечающих за развитие зубов у других рыб и человека. Это связано с особым способом питания: конёк не жуёт добычу, а всасывает её, создавая мощное отрицательное давление в длинном рыле.
  • Ослабление обоняния: Утрачены гены, связанные с обонянием. Морские коньки — визуальные охотники с отличным зрением и глазами, двигающимися независимо друг от друга.
  • Потеря брюшных плавников: В геноме отсутствует важный ген tbx4, присутствующий почти у всех позвоночных и ответственный за развитие этих плавников (эволюционных аналогов ног человека). Функциональный анализ с использованием системы CRISPR-Cas на рыбке данио-рерио подтвердил роль этого гена: его деактивация привела к утрате брюшных плавников у рыбок.

Дупликация генов и беременность самцов

В процессе эволюции у морского конька также произошли дупликации генов. Копии генов могут приобретать новые функции. Учёные предполагают, что часть новых генов, образовавшихся таким путём, делает возможной беременность самцов. Эти гены, вероятно, регулируют процесс беременности, например, координируя вылупление эмбрионов в выводковой сумке самца, и активируются, когда мальки покидают её.

Потеря регуляторных элементов изменила скелет

Эволюция действует не только через изменение самих генов, но и через регуляторные элементы (генетические «переключатели»), управляющие их работой. В геноме морского конька отсутствуют некоторые высококонсервативные регуляторные элементы, ответственные за типичное развитие скелета у рыб и человека. Это, вероятно, одна из причин глубокой модификации скелета:

Вывод: Исследование генома морского конька наглядно демонстрирует, как различные генетические изменения — утрата, дупликация генов и потеря регуляторных последовательностей — привели к быстрому возникновению уникальных черт, помогая понять генетическую основу эволюции причудливых и красивых организмов.

2016-12-14