Генетические триггеры новых признаков у взрослых особей: ключ — в белках
Ученые давно пытаются определить конкретные изменения в ДНК, которые запускают новые признаки, позволяя видам адаптироваться. Вопрос в том, где находятся эти мутации: в части ДНК, кодирующей белки, или в главных регуляторных областях, контролирующих активность гена?
Для развития эмбриона обычно доминируют именно главные регуляторные области. Но как обстоят дела у взрослых особей?
Исследование Джаспера и коллег показало, что у взрослых особей действуют другие правила. Эволюция новых признаков у взрослых медоносных пчел в значительной степени опирается на изменения в белково-кодирующих частях генов, а не в их регуляторных областях. Ключевую роль играют так называемые таксономически ограниченные гены (TRGs), которые уникальны для данного вида.
Методология и фокус исследования
- Ученые сосредоточились на медоносных пчелах, у которых много новых взрослых признаков для социальных функций: железы для феромонов, производство корма для личинок, жало, разделение труда.
- Исследовали переход пчел от роли кормилиц (поедают пыльцу для производства секрета для расплода) к роли фуражиров (обзаводятся развитыми крыльями для полетов).
- Анализировали паттерны экспрессии генов в 10 тканях, которые меняются у взрослой пчелы при смене социальной роли.
Ключевые выводы
Эволюция новых взрослых признаков сильно основана на изменениях в белково-кодирующих частях генов.
Ключевые гены часто экспрессируются только в одной ткани и на очень высоком уровне.
Такие гены часто являются новыми (организмо-специфичными), а не общими для всех животных, и обеспечивают специализированные функции тканей взрослого организма.
В быстро эволюционирующих тканях TRGs критически важны и гораздо более многочисленны. Они лежат в основе новых фенотипов, быстро мутируя в своей кодирующей последовательности для выполнения новых клеточных функций.
В "старых", консервативных тканях TRGs не обнаружены.
Эти гены также были наименее связаны в генетических сетях, что давало им свободу для развития новизны без негативного влияния на выживаемость.
Теоретическое значение
Результаты подтверждают теорию, что эволюция новых физиологических признаков у взрослых особей происходит в дистальных (периферийных) ветвях генетических сетей, а не в их узлах (хабах), как это часто бывает у эмбрионов. Это делает такие гены более свободными для изменений, необходимых для новых функций.
Цитата соавтора Брайана Джонсона: "Ирония в том, что хотя этот результат резко контрастирует с высоко успешной парадигмой Evo-devo, мы частично сгенерировали наши гипотезы, используя ту же логическую структуру, разработанную исследователями Evo-devo. Эта структура подчеркивает важность связанности в генной сети и то, как это препятствует (или позволяет) различным типам изменений последовательности ДНК".