Удвоение генома веслоноса может поставить под сомнение теории эволюции конечностей

Американский веслонос, известный своим причудливым вытянутым рылом и икрой, используемой для производства икры, удвоил свой геном примерно 42 миллиона лет назад. Это следует из нового исследования, опубликованного в журнале Genome Biology and Evolution. Открытие может внести новый поворот в изучение того, как плавники эволюционировали в конечности, поскольку веслонос часто используется в качестве модели для более репрезентативного предка, общего для людей и рыб.

«Мы обнаружили, что у веслоноса произошла собственная дупликация генома», — сказала Карен Кроу, доцент биологии в Университете Сан-Франциско. — «Это создает дополнительный генетический материал, который добавляет сложности сравнительным исследованиям. Это может изменить способ интерпретации исследований развития конечностей».

Чтобы изучить развитие конечностей у человека, ученые сравнивают гены, отвечающие за формирование конечностей у мышей, с генами, отвечающими за формирование плавников у рыб. Предыдущие исследования веслоноса предполагали, что рыбы обладали генетическим инструментарием, необходимым для формирования конечностей, задолго до эволюции четвероногих существ (тетрапод), которые дали начало рептилиям, птицам, амфибиям и млекопитающим.

В последнее десятилетие веслонос стал полезным эталоном в эволюционных исследованиях, потому что его положение на эволюционном древе делает его достаточно хорошей моделью для предка костных рыб, эволюционировавших в тетрапод, таких как человек. Однако тот факт, что у веслоноса произошла дупликация генома, может осложнить интерпретацию данных о переходе от плавника к конечности.

«Наши результаты предполагают, что выводы предыдущих исследований, использовавших веслоноса в качестве сравнительного вида, возможно, нуждаются в пересмотре», — заявила Кроу.

Кроу и коллеги секвенировали хромосомные области, содержащие 19 генов Hox, у американского веслоноса. Гены Hox определяют форму тела и развитие конечностей и являются ключевыми кандидатами для обнаружения полных дупликаций генома.

Полные дупликации генома — это переломные события в эволюционной истории, ведущие к возникновению новых видов или новых признаков внутри вида. Они происходят, когда совпадает ряд маловероятных обстоятельств, в результате чего появляются двойные копии каждого гена. В этом случае один ген из пары может сохранить свою первоначальную функцию, в то время как другой либо утрачивается, либо приобретает новое назначение.

«Этот дополнительный генетический материал предоставляет холст, на котором может рисовать эволюция», — сказала Кроу, изучающая эволюцию новизны и разнообразия.

Считается, что две ключевые дупликации генома произошли до эволюции челюстных позвоночных. Дополнительные полные дупликации генома также происходили дальше по эволюционному древу, в конкретных линиях или ветвях, но это явление более распространено у растений, чем у животных.

«Наши открытия, касающиеся веслоноса, позволяют предположить, что полная дупликация генома у животных не так редка, как считалось ранее», — заключила Кроу.