У крошечного рачка оказалось больше всего генов среди животных

Самое большое количество генов среди животных — около 31 000 — обнаружено у почти микроскопического пресноводного рачка Daphnia pulex (водяная блоха). Для сравнения, у человека около 23 000 генов. Daphnia стала первым ракообразным, чей геном был полностью секвенирован.

Эти результаты представлены в комплексном отчёте в журнале Science, подготовленном международным консорциумом Daphnia Genomics Consortium. Основные выводы исследования:

• Высокое число генов у Daphnia во многом связано с высокой скоростью их дупликации (копирования). Этот процесс идёт в три раза быстрее, чем у других беспозвоночных, и на 30% быстрее, чем у человека.
• Более трети генов Daphnia (около 10 000) ранее не были задокументированы ни у одного другого организма и являются совершенно новыми для науки.
• Эксперименты, в которых Daphnia подвергали воздействию факторов окружающей среды, показали, что эти неизвестные гены имеют экологически значимые функции.
• Из всех секвенированных на сегодня геномов беспозвоночных геном Daphnia имеет наибольшее количество общих генов с человеком.

Daphnia как модель для экологической геномики

Рачок Daphnia становится моделью для новой области науки — экологической геномики, изучающей взаимодействие генов и окружающей среды. Его геном позволяет использовать его как высокочувствительный биосенсор («канарейку в угольной шахте») для оценки качества воды и рисков для здоровья человека от химических загрязнителей.

• Паттерны экспрессии генов Daphnia меняются в зависимости от условий среды, что позволяет с высокой точностью определять состояние клеток и воздействие загрязняющих веществ.
• Благодаря общим генам с человеком, Daphnia теперь может использоваться и как модель-суррогат для изучения вопросов, напрямую связанных со здоровьем человека.

Эволюция новых генов

Исследование также предложило новую модель накопления генов в геноме:

• У Daphnia обнаружен высокий уровень дупликации генов, создающий постоянный пул новых копий.
• Половина недавно скопированных генов меняла свою экспрессию почти сразу, что противоречит прежним представлениям о медленной эволюции новых функций.
• Это позволяет некоторым копиям быстро обретать новые, полезные в изменившихся условиях, функции и закрепляться в геноме естественным отбором.

Учёные предполагают, что накопление дуплицированных и неизвестных генов, чувствительных к условиям среды, может быть ключом к исключительной способности Daphnia гибко реагировать на экологические изменения.