Морской анемон генетически наполовину животное, наполовину растение
Исследовательская группа эволюционного биолога Ульриха Технау из Венского университета обнаружила, что морской анемон обладает сложным геномным ландшафтом с регуляторными элементами, сопоставимыми по сложности с плодовой мушкой или другими модельными системами животных. Это говорит о том, что такой принцип регуляции генов возник уже 600 миллионов лет назад и восходит к общему предку человека, мухи и анемона.
С другой стороны, в регуляции экспрессии генов с помощью коротких регуляторных РНК, называемых microRNA, анемоны больше похожи на растения, чем на позвоночных или насекомых. Эти удивительные эволюционные выводы опубликованы в двух статьях в журнале Genome Research.
Простой организм со сложным генным составом
Секвенирование геномов показало, что анатомически простые организмы, такие как морской анемон, имеют неожиданно сложный набор генов, как и более высокоорганизованные модели. Это означает, что разницу в морфологической сложности нельзя объяснить просто наличием или отсутствием отдельных генов. Предполагалось, что генетические сети у простых организмов менее сложны.
Мера сложности регуляции генов — распределение и плотность регуляторных последовательностей в геноме (энхансеров и промоторов). С помощью метода хроматин-иммунопреципитации исследователи идентифицировали эти элементы у анемона в масштабе всего генома.
Регуляция генов сравнима с высшими модельными системами животных
"Поскольку морской анемон демонстрирует сложный ландшафт регуляторных элементов генов, аналогичный плодовой мушке, мы полагаем, что этот принцип сложной регуляции генов уже присутствовал у общего предка человека, мухи и анемона около 600 миллионов лет назад", — заявляет Михаэла Швайгер.
MicroRNA важны для процессов развития у человека…
MicroRNA — короткие регуляторные РНК, которые могут связываться с целевыми РНК и ингибировать их трансляцию. Сотни microRNA были идентифицированы у многих животных, более 1000 — у человека. Многие из них играют важную роль в метаболизме и развитии. Мутации в них связаны с тяжелыми заболеваниями, такими как рак. Предполагается, что 30–50% всех человеческих генов регулируются microRNA.
…и у растений
MicroRNA были также обнаружены у растений, но считалось, что они возникли независимо от животных microRNA, поскольку:
- Не имеют с ними сходства последовательностей.
- Имеют другой путь биогенеза.
- Имеют существенно иной механизм действия: растительные microRNA связываются с высокой специфичностью лишь с одной или несколькими мишенями и индуцируют расщепление целевой РНК.
В сотрудничестве с американскими, французскими и норвежскими группами команде Технау удалось выделить 87 microRNA из морского анемона. Было показано, что microRNA анемона обладают всеми чертами растительных microRNA:
- Они имеют почти идеальную комплементарность к своим целевым РНК, которые впоследствии расщепляются (а не ингибируются, как у других животных).
- Обнаружен ген HYL-1, необходимый для биогенеза microRNA у растений и ранее не обнаруженный ни у одного другого животного.
- При сравнении последовательностей найдена одна microRNA, сходная с растительной, и одна — с животной.
В целом, эти данные указывают на первый эволюционный связующий элемент между microRNA растений и животных.
Вывод: В то время как геном, набор генов и регуляция на уровне ДНК у морского анемона удивительно похожи на позвоночных, его посттранскрипционная регуляция является растительной и, вероятно, восходит к общему предку животных и растений. Это первое качественное различие, обнаруженное между стрекающими (Cnidaria) и "высшими" животными.