Древняя генетическая программа работает не только в плавниках и конечностях

Гены Hox — это главные гены, определяющие строение тела, которые задают, где у животного должны быть голова, хвост и всё остальное. Существует даже специальная программа генов Hox, которая управляет развитием конечностей и плавников, включая специфические модификации, такие как большой палец у мышей и людей. Теперь исследователи из Университета штата Калифорния в Сан-Франциско показывают, что эта генетическая программа, строящая плавники и конечности, также используется при развитии других черт позвоночных.

Это открытие означает, что эта древняя генетическая программа задействована в формировании различных структур, помимо плавников и конечностей. Например, эта программа Hox помогает формировать усики у веслоносов — сенсорные органы возле рта рыбы. Кроме того, ранее программа построения конечностей наблюдалась в кластере генов HoxD. Но доцент биологии Карен Кроу и её коллеги впервые продемонстрировали, что эта программа также работает в кластере генов HoxA во время развития вентиляционного отверстия — структуры у всех лучепёрых рыб, похожей на уретру. Это указывает на то, что регуляция этой схемы экспрессии более древняя и широко используемая, чем считалось.

Вместе эти новые данные «значительно расширяют наше представление об этой программе Hox для построения конечностей», — сказала Кроу. — «Теперь мы думаем, что она может быть связана со всеми видами структур, возникающих у разных видов».

«Существует огромный интерес к разнообразию животных и тому, как в эволюции возникают новые черты, — добавила она, — и мы только начинаем понимать генетическую основу морфологического разнообразия».

Гены Hox — это главные регуляторные гены, которые определяют идентичность и положение частей тела во время развития животного. Гены Hox экспрессируются в разное время и в разных местах развивающегося эмбриона, и эта схема экспрессии «действует как код, который устанавливает систему адресации для частей тела», — объяснила Кроу.

Один тип паттерна экспрессии Hox устанавливает «адрес» для расположения частей тела от головы до хвоста. Но обращение этого паттерна для некоторых генов Hox создаёт код, который определяет части тела, выступающие в стороны, такие как плавники, конечности, а теперь даже усики или вентиляционные отверстия. Эволюционных биологов очень интересует эта программа построения конечностей, поскольку она является частью генетической основы того, как плавники эволюционировали в конечности, и как в эволюции человека возникли специализированные структуры, например, генетический код, определяющий, что большой палец должен отличаться от других пальцев.

Исследователям известно, что эта программа построения конечностей действовала как минимум с момента происхождения челюстноротых позвоночных, около 440–480 миллионов лет назад. «Поэтому мы задались вопросом, используется ли этот репертуар Hox во всех других чертах, которые люди ещё не изучали», — сказала Кроу.

После открытия этой конкретной программы Hox в усиках и вентиляционных отверстиях, лаборатория Кроу обнаружила, что программа работает при развитии птеригоподий у скатов. Теперь они ищут, помогает ли программа направлять формирование других придатков, таких как характерные загнутые головные плавники манты, называемые цефалическими лопастями, или выводковые структуры, в которых морские коньки и иглы вынашивают своё потомство.

«Я думаю, что эта генетическая программа задействована во всех видах черт позвоночных, которые ещё предстоит открыть, — сказала Кроу. — Мы только начинаем понимать лежащую в основе генетическую базу различных структур у разных животных. И, что удивительно, некоторые аспекты этих генетических инструкций являются общими».