Учёные Университета Сент-Эндрюса раскрыли ключевой механизм эволюции позвоночных

Учёные из Университета Сент-Эндрюса выявили ключевой пробел в понимании ранней эволюции позвоночных животных. К этой группе относятся рыбы, амфибии, рептилии и млекопитающие. Полученные данные проливают свет на происхождение позвоночных и их последующее разнообразие, возникшее из более простых форм. Работа опубликована 2 февраля в журнале BMC Biology.

В ходе исследования специалисты зафиксировали нетипичный характер эволюции ряда генов. Обнаруженная закономерность указывает на решающую роль этих изменений в раннем развитии позвоночных и расширении форм жизни. Речь идёт о генах, участвующих в работе сигнальных систем, которые обеспечивают взаимодействие клеток в процессе формирования организма.

Сигнальные пути лежат в основе эмбрионального развития и образования органов. Они регулируют рост тканей и при сбоях часто связаны с возникновением заболеваний, поэтому нередко становятся объектом фармакологических исследований. Ключевым элементом таких систем служат специальные белки, определяющие, как клетка реагирует на поступающие сигналы. Эти молекулы выступают своеобразными регуляторами, задавая направление активности генов и поведение клеток.

Для анализа эволюционных изменений команда получила новые генетические данные от асцидий, миноги и одного вида лягушки. Асцидии, относящиеся к беспозвоночным, позволили провести сравнение с животными, имеющими позвоночник. Минога, как представитель одной из древнейших линий позвоночных, помогла уточнить момент появления ключевых генетических сдвигов. Сопоставление показало, что гены, отвечающие за синтез сигнальных выходных белков, изменялись особым образом именно при переходе от беспозвоночных форм к позвоночным.

Впервые в подобных исследованиях применили длинномолекулярное секвенирование ДНК. Этот метод даёт возможность различать и точно идентифицировать транскрипты, которые образуются на основе одного гена. Ранее такой подход не использовался для анализа генов, активных у этих видов животных. В результате удалось подробно описать полный набор транскриптов и белков, формирующихся в процессе развития позвоночных.

Анализ показал резкий рост разнообразия белков. В отличие от асцидий, минога и лягушка продуцировали значительно больше вариантов белков, исходящих из отдельных сигнальных генов. Этот скачок заметно превышал изменения, характерные для большинства других генов. Поскольку данные сигнальные системы определяют формирование тканей и органов, исследователи связывают увеличение белкового разнообразия с ростом сложности организации позвоночных по сравнению с беспозвоночными.

Ведущий автор работы, профессор Дэвид Феррье из Школы биологии Университета Сент-Эндрюса, отметил, что небольшая группа специализированных генов резко выделялась по своему эволюционному поведению на фоне остальных изученных генов. По его словам, дальнейшее изучение различий в работе белковых форм поможет понять, каким образом возникло многообразие типов клеток у позвоночных.

Помимо вклада в реконструкцию эволюционной истории, выявленные вариации белков представляют интерес и для прикладной науки. Более глубокое понимание работы сигнальных путей и механизмов их регулирования может в перспективе использоваться при разработке новых подходов к терапии различных заболеваний.

Читайте также: