Генные копии были ключевыми для эволюции нашего зрения

Новое исследование, опубликованное в BMC Evolutionary Biology, проливает свет на эволюционное происхождение зрения позвоночных и специализации у рыбок данио-рерио для адаптации к быстро меняющимся условиям освещения. Работу возглавили Ксус Абало и Дэн Лархаммар из Департамента нейронаук Уппсальского университета и SciLifeLab.

Восприятие света критически важно для выживания всех основных групп животных, включая позвоночных. Эволюция благоприятствовала отбору камерного глаза, возникшего у предка позвоночных более 500 миллионов лет назад. Восприятие света происходит в колбочках и палочках сетчатки с помощью набора белков. Информация, регистрируемая этими клетками, частично обрабатывается в сетчатке, а затем передается в мозг для дальнейшей обработки и интеграции с другими сенсорными системами, что в конечном итоге приводит к таким результатам, как регуляция поведения.

Двадцать лет назад первые исследования светочувствительных белков у птиц показали, что цветовое зрение, обеспечиваемое колбочками, возникло раньше, чем сумеречное черно-белое зрение, обеспечиваемое палочками. Эта гипотеза недавно была подтверждена группой Абало и Лархаммара в детальном исследовании семейства генов зрительных опсинов на широком спектре видов позвоночных (Lagman and Ocampo Daza et al., 2013).

В текущем исследовании та же группа представляет детальный анализ эволюции белков PDE6 — основных эффекторов светочувствительности в колбочках и палочках. Они показывают, что гены, кодирующие PDE6, произошли от предковых генов, которые дублировались в ранних дупликациях всего генома позвоночных, и далее расширились у костистых рыб из-за дополнительной дупликации генома в этой линии. Они также идентифицировали еще одну древнюю копию гена позвоночных, которая была утрачена у амниот.

Для функциональной характеристики членов семейства PDE6 они изучили рыбок данио-рерио и проанализировали специфические специализации в их зрительной системе — поскольку у данио-рерио есть три дополнительные генные дупликации, возникшие после их расхождения с линией, ведущей к человеку. У данио-рерио наблюдается такое же различие, как и у человека, между колбочковой и палочковой версиями PDE6. Кроме того, генные дупликаты у данио-рерио демонстрируют поразительно разную активность в течение суточного цикла, предположительно для обеспечения эффективной регуляции фоторецепторных клеток при разном освещении.

В целом, исследование подтверждает эволюционную важность двух раундов дупликации всего генома, произошедших у предка позвоночных, и проливает свет на различное поведение генных дупликатов, возникших в этих событиях. Большая разница в дневной и ночной активности генных дупликатов открывает двери для функциональных исследований поведения, регулируемого светом, у разных групп животных.