Исследование кораллов раскрывает секреты эволюции
Кораллы появились на Земле около полумиллиарда лет назад в кембрийский период. Они относятся к животным типа стрекающих (Cnidaria). Коралловый «куст» — это колония множества полипов, каждый из которых представляет собой отдельное животное.
Все животные развиваются из оплодотворенной яйцеклетки. В процессе гаструляции формируются зародышевые листки, дающие начало органам и тканям. Диплобласты (двуслойные животные, как кораллы) имеют эктодерму и энтодерму. Триплобласты (трехслойные, как человек) дополнительно имеют мезодерму, из которой образуются кости, мышцы, сердце и кровь.
Разделение триплобластов и диплобластов произошло около 600 миллионов лет назад. Происхождение мезодермы оставалось загадкой. Ученые знали, какие гены экспрессируются и в мезодерме триплобластов, и у диплобластов, но не сравнивали их функции.
Исследователи из Морской геномной группы (OIST, Окинава) впервые успешно манипулировали генами кораллов для такого сравнения. Доктор Юури Ясуока разработал метод для изучения роли гена brachyury в развитии кораллов. Результаты опубликованы в Current Biology.
Ген brachyury играет ключевую роль в формировании мезодермы у позвоночных, активируя мезодермальные гены и подавляя гены экто- и энтодермы. Его функция у диплобластов была плохо изучена.
Команда OIST исследовала функцию brachyury у коралла Acropora digitifera. Работа заняла пять лет из-за непредсказуемости нереста кораллов. Доктор Ясуока разработал метод удержания икринок между стеклами за счет поверхностного натяжения, что позволило использовать микроинъекции для подавления гена brachyury.
Ген brachyury экспрессируется в эктодерме вокруг бластопора — границы между экто- и энтодермой. У кораллов бластопор дает начало отверстию, которое служит и ртом, и анусом. При подавлении brachyury у личинок кораллов не формировались структуры рта. Это указывает, что ген необходим для образования рта у кораллов.
Анализ профилей экспрессии генов показал, что у кораллов brachyury активирует гены эктодермы и подавляет гены энтодермы. Сравнение функций brachyury у кораллов и позвоночных позволяет предположить, что эктодерма, экспрессирующая этот ген у кораллов, соответствует мезодерме у позвоночных. Клетки вокруг рта кораллов, вероятно, имеют общее происхождение с мезодермальными клетками позвоночных, дающими кости и мышцы. Таким образом, происхождение мезодермы у позвоночных, скорее всего, связано с эктодермой их диплобластных предков.
«То, что brachyury играет роль в формировании бластопора у кораллов, очень важно, поскольку у кораллов нет мезодермы, а у позвоночных этот ген формирует мезодерму», — пояснил руководитель группы доктор Нориюки Сато.
Кораллы жизненно важны для морских экосистем. Их изучение необходимо для понимания и сохранения биоразнообразия.
«Это исследование знаменует огромный прогресс в изучении кораллов и, мы надеемся, внесет вклад в их сохранение в будущем», — отметил доктор Чуя Синдзато.