Исследование скатов и акул ставит под сомнение представления о «необходимых» генах

Биологи долгое время считали, что у всех челюстноротых позвоночных есть полный набор почти идентичных генов, критически важных для развития. Однако исследование, опубликованное в выпуске Science от 16 декабря под авторством Бенджамина Кинга из Лаборатории биологии острова Маунт-Дезерт (MDIBL), показывает, что у эласмобранхий — подкласса хрящевых рыб — отсутствует кластер генов HoxC, ранее считавшийся необходимым для правильного развития.

Гены Hox определяют правильное формирование тканей во время эмбрионального развития у всех билатеральных животных. У млекопитающих они необходимы для правильного формирования позвонков и рёбер. Эти гены отличаются колинейностью: порядок их расположения в геноме соответствует порядку их экспрессии в тканях развивающегося эмбриона от головы до хвоста.

У всех ранее изученных челюстноротых позвоночных учёные всегда находили четыре копии кластера Hox: HoxA, HoxB, HoxC и HoxD. Считалось, что для жизнеспособного развития необходима хотя бы одна копия гена из каждого из четырёх кластеров. Однако Кинг и его коллеги представили убедительные доказательства, что по крайней мере у двух видов эласмобранхий — малого ската (Leucoraja erinacea) и кошачьей акулы (Scyliorhincus canicula) — отсутствует кластер HoxC.

Используя данные высокопроизводительного секвенирования, авторы охарактеризовали все гены, экспрессируемые на поздних стадиях эмбрионов у трёх хрящевых рыб:

• Слоновая акула (Callorhincus milii) — имеет все четыре кластера Hox.
• Кошачья акула (Scylliorhinus canicula) — не экспрессирует гены HoxC.
• Малый скат (Leucoraja erinacea) — не экспрессирует гены HoxC.

Анализ черновой сборки генома ската с покрытием 26x показал наличие всех генов кластеров HoxA, HoxB и HoxD, но полное отсутствие генов HoxC. Отдельная группа исследователей также не смогла обнаружить гены HoxC в геноме кошачьей акулы с помощью традиционных методов клонирования.

«Наша работа иллюстрирует ценность изучения эласмобранхий для получения новых знаний. Если эласмобранхиям для правильного развития не нужны гены HoxC, мы должны учитывать возможность того, что роль различных кластеров Hox более гибкая, чем мы думали ранее», — говорит Бенджамин Кинг.

Данные секвенирования генома ската были предоставлены Консорциумом Северо-Восточной Кибернфраструктуры (NECC).