Маленький ланцетник раскрывает тайны большого генома

Изучив геном мелкого морского существа – ланцетника, ученые пришли к выводу: сложно устроенные позвоночные зачастую использовали гены более простых беспозвоночных существ, придавая старому генетическому материалу новые свойства.

Ученые из Скриппсоновского института океанографии в Сан-Диего (Scripps Institution of Oceanography, США) прояснили некоторые ключевые моменты эволюции живых организмов на основе изучения ланцетника. Ведущий биолог Скриппсоновского института океанографии Линда Холланд (Linda Holland) и ее коллеги из США, Европы и Азии описали и проанализировали важнейшие элементы устройства генома маленького морского организма.

Ланцетник привлекает внимание ученых как самый близкий родственник позвоночных среди ныне живущих беспозвоночных. Расхождение между ланцетником и позвоночными произошло более чем 520 миллионов лет назад. Поскольку ланцетник эволюционирует очень медленно, ныне живущая форма по строению сходна с ископаемыми формами, жившими в кембрийскую эпоху. Он может служить удобной точкой отсчета для того, чтобы проследить эволюцию позвоночных. Изучая его, можно понять, как позвоночные использовали старые гены для новых функций.

Ланцетник похож на мелкую рыбку с удлиненным прозрачным телом и хвостовым плавником в форме ланцета. Он ведет донный образ жизни: зарывается в песок и выставляет наружу передний конец тела, чтобы фильтровать воду и таким образом питаться. Пищу ланцетника составляют различные микроскопические организмы. Эти маленькие рыбообразные морские животные имеют очень примитивное строение. Тем не менее основные признаки типа хордовых выражены у них вполне отчетливо. Вдоль тела ланцетника проходит упругий тяж – хорда.

Более 30 лабораторий по всему миру принимали участие в расшифровке нуклеотидной последовательности ДНК (секвенировании генома) ланцетника. Результат расшифровки показал, что в геноме этого существа гораздо больше сходства с геномом позвоночных и даже человека, чем это можно было предположить. Так геном человека имеет всего лишь на 25% больше генов, чем геном ланцетника. Почему? «Мы обнаружили, что позвоночные не изобретали новых генов для того, чтобы быть сложно устроенными, - говорит Линда Холланд. – Как показал ланцетник, позвоночные «взяли» гены низших животных и «переставили» их местами таким образом, придав старым генам новые функции». В ходе эволюции человек, так же как и другие позвоночные, копировал уже существующие гены и комбинировал их для получения новых свойств. Такое копирование снабдило позвоночных огромным количеством белковых молекул для образования новых струкпигментных клеток или хрящевой ткани).

Еще один пример того, как старые гены беспозвоночных приобретают новые функции у позвоночных, касается нервных клеток. У всех позвоночных клетки нервного гребешка эмбриона, которые являются предшественниками нервной системы, мигрируют в другие структуры, давая начало другим типам клеток. Хотя ланцетник имеет такие же гены, и мог бы использовать тот же механизм развития нервной системы, нервного гребешка у него не образуется. Это можно сравнить с тем, как разные повара из одних и тех же продуктов могут приготовить разные блюда.

«Мы пока на верхушке айсберга, – говорит Линда Холланд, - Потребуется много лет для того, чтобы расшифровать геном ланцетника. Но уже сейчас ясно, что это - настоящая золотая жила для раскрытия механизмов эволюции».

Исследования Линды Холланд с коллегами опубликованы в журнале Genome Research и в июньском номере Nature.

По материалам Newswise Science News
Н.Маркина