Новое понимание разнообразия форм листьев
Большинство генетических признаков определяется не одним геном, а взаимодействиями в генных регуляторных сетях. При этом один ген может влиять на множество, часто несвязанных, аспектов развития организма — это явление называется плейотропией.
Плейотропия может быть препятствием для эволюционных изменений: если ген, улучшающий одну черту (например, форму крыла птицы), одновременно ухудшает другую (форму лапы), такое изменение вряд ли закрепится. Эволюции необходимо находить способы обойти плейотропию.
Исследование, опубликованное в Genes and Development, изучало генетическую основу различий в форме листьев у двух родственных видов растений:
- Резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) — простые неразделенные листья.
- Незабудочник волосистый (Cardamine hirsuta) — рассеченные листья, разделенные на листочки.
Ключевые выводы:
Обход плейотропии через регуляторные изменения. В сети генов, контролирующих форму листа у C. hirsuta, один ген играет более доминирующую и плейотропную роль. Исследование показало, что именно другой, менее плейотропный ген в большей степени способствовал эволюционному изменению формы листа между видами. Это подтверждает, что изменения в регуляторных последовательностях генов позволяют «перенаправить» мощные регуляторы в пространстве и времени, не нарушая другие функции («Это целевое перенаправление позволяет вносить изменения, не нарушая всё остальное»).
Роль менее мощных регуляторов. Оказалось, что очень мощные регуляторы развития могут быть менее способны к изменениям, чем менее мощные альтернативы. «По крайней мере, в данном случае белок, который менее эффективен, похоже, имеет больше свободы для эволюции более разнообразных вариантов». Менее мощные регуляторы с большей вероятностью могут создавать новые связи в генной сети, объединяя ранее не связанные подсистемы и способствуя новым функциям в росте тканей.
Таким образом, разнообразие форм создается не только за счет перенаправления консервативных функций генов, но и, возможно, в не меньшей степени за счет новых отношений, которые эти гены создают внутри существующей сети.