Консервативные регуляторные элементы генома обнаружены как у позвоночных, так и у иглокожих

Консервация регуляторных элементов генома в течение длительных периодов эволюции не ограничивается позвоночными, как считалось ранее, но также наблюдается у иглокожих (беспозвоночных). Это один из наиболее значимых выводов исследования, опубликованного в журнале Nature Ecology & Evolution, которое расширяет наши знания о механизмах, управляющих геномной регуляцией и биологической эволюцией.

Исследование открывает новые пути для понимания биологического и эволюционного значения этой крайней консервации, поскольку впервые позволяет сравнивать эти очень древние регуляторные элементы между различными линиями.

Регуляция генов и эволюционные новшества у позвоночных

Иглокожие — большая группа беспозвоночных, включающая морских ежей, морских звёзд, голотурий, офиур и морских лилий. Они занимают уникальное филогенетическое положение, позволяющее проводить значимые эволюционные сравнения между позвоночными и беспозвоночными.

Морфология животных зависит от пространственно-временного контроля экспрессии генов, который определяет планы строения тела у эмбрионов и взрослых особей.

В этом исследовании в качестве моделей для изучения эволюции иглокожих использовались морской ёж (Strongylocentrotus purpuratus) и морская звезда (Patiria miniata). Команда применила передовые методы анализа 3D-организации генома, такие как Hi-C и секвенирование длинных чтений, которые до сих пор мало использовались у иглокожих.

Результаты выявили обширную консервацию регуляторных элементов ДНК у иглокожих и других групп животных. Эти высококонсервативные элементы наиболее активны на ключевых стадиях раннего развития, что предполагает их контроль над фундаментальными программами развития, остававшимися неизменными на протяжении всей эволюции животных.

«Этот тип глубокой сохранности может быть гораздо более распространённым явлением, чем мы думали ранее, и, вероятно, присутствует во многих других линиях животных», — отмечает ведущий автор Игнасио Маэсо.

Кроме того, исследование показывает, что белок CTCF — важный фактор укладки хроматина у позвоночных — не играет решающей роли в организации 3D-структуры хроматина у иглокожих, подобно тому, что описано у других беспозвоночных, таких как плодовая мушка (Drosophila melanogaster).

«Это открытие предполагает, что некоторые из этих механизмов, связанных с функцией CTCF в регуляции генов, могли быть эволюционными новшествами у позвоночных. Наше исследование дополняет другие недавние работы, показывающие, что механизмы, ответственные за 3D-организацию хроматина, более разнообразны, чем считалось ранее, и что каждая линия животных развила разные типы стратегий для укладки своего генома», — заключает исследователь.