Геном миноги проливает свет на историю эволюции позвоночных

Согласно «гипотезе 2R», эволюция современных позвоночных была частично обусловлена двумя событиями в их ранней истории, когда происходило удвоение всего генома. Эти события, известные как 1R и 2R, привели к появлению множественных копий каждого гена. Некоторые копии были впоследствии утрачены, а другие эволюционировали и приобрели новые функции.

Недавний геномный анализ миноги — представителя одной из древнейших линий позвоночных — помогает биологам уточнить временные рамки этих ранних эволюционных событий.

Бьяраппа Венкатеш и его коллеги из Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR в Сингапуре исследовали Hox-гены. Эти гены формируют дискретные кластеры, которые помогают определять форму тела и его формирование в ходе эмбрионального развития. За исключением современных костистых рыб, или «телеостов», у большинства челюстноротых позвоночных есть четыре кластера Hox-генов как прямой результат событий 1R и 2R. Венкатеш поставил цель выяснить количество кластеров у бесчелюстных рыб, или «циклостом», таких как минога.

Благодаря масштабному секвенированию ДНК и анализу данных генома японской миноги исследователи идентифицировали четыре полных кластера Hox, структурно похожих на те, что обнаружены у других позвоночных. Они также нашли четыре других «частичных» кластера и в итоге установили, что у миноги есть как минимум шесть кластеров Hox-генов.

В целом, анализ предоставляет убедительные доказательства в пользу гипотезы о том, что геном миноги пережил три, а не два события дупликации. Хотя такое открытие не ново для эволюции животных — богатое разнообразие телеостов частично объясняется третьим событием дупликации генома — у циклостом такого разнообразия нет. «Существует всего около 40 видов миног по сравнению с примерно 30 000 видов телеостов», — отмечает Венкатеш.

Исследователи столкнулись и с другими неожиданностями, сравнив кластеры Hox миноги с кластерами некоторых «гнатостомов» — линии челюстноротых рыб, которая ответвилась от циклостом давным-давно и представляет собой сестринскую группу по отношению к бесчелюстным.

Их анализ позволяет предположить, что все три дупликации генома миноги, вероятно, произошли после разделения циклостом и гнатостомов — полностью независимо от событий 1R и 2R, которые двигали эволюцию большинства других позвоночных. Подтверждая этот неожиданный результат, исследователи надеются потенциально сузить временные рамки событий 1R и 2R.

«У нас есть веские доказательства события "3R", — говорит Венкатеш. — Но мы проводим дальнейший анализ генома миноги, чтобы попытаться получить более точные данные о времени первых двух раундов полногеномной дупликации».