Молекулярный распад гена эмали у беззубых млекопитающих подтверждает теорию эволюции
Биологи из Калифорнийского университета в Риверсайде представили новые свидетельства эволюционных изменений, зафиксированных как в палеонтологической летописи, так и в геномах живых организмов, что служит дополнительным подтверждением теории эволюции Чарльза Дарвина.
Исследователи смогли соотнести прогрессирующую потерю эмали в ископаемой летописи с одновременным молекулярным распадом гена энамелина, участвующего в формировании эмали у млекопитающих.
Эмаль — самое твёрдое вещество в организме позвоночных, и большинство млекопитающих имеют зубы, покрытые ею. Однако существуют примеры млекопитающих без минерализованных зубов (например, усатые киты, муравьеды, панголины) и млекопитающих с зубами без эмали (например, ленивцы, трубкозубы, карликовые кашалоты). Более того, палеонтологическая летопись документирует, когда эмаль была утрачена в этих линиях.
«Палеонтологическая летопись почти полностью ограничена твёрдыми тканями, такими как кости и зубы, — сказал профессор биологии Марк Спрингер, руководивший исследованием. — Учитывая это ограничение, существует очень мало возможностей изучить совместную эволюцию генов в геноме живых организмов и морфологических особенностей, сохранившихся в палеонтологической летописи».
В 2007 году Спрингер вместе с Робертом Мередитом и Джоном Гейтси из отдела биологии UC Riverside начали исследование млекопитающих без эмали, сосредоточившись на гене энамелина. Они предсказали, что у этих видов будут копии гена, кодирующего специфичный для зубов белок энамелин, но этот ген будет демонстрировать признаки молекулярного распада.
«Млекопитающие без эмали произошли от предковых форм, у которых были зубы с эмалью, — пояснил Спрингер. — Мы предсказали, что специфичные для эмали гены, такие как энамелин, будут показывать у живых организмов признаки молекулярного распада, поскольку эти гены являются рудиментарными и больше не необходимы для выживания».
Теперь его лаборатория нашла свидетельства таких молекулярных «полостей» в геномах живых организмов. Используя современные технологии секвенирования генов, Мередит обнаружил мутации в гене энамелина, которые нарушают процесс кодирования белка энамелина, что приводит к уничтожению генетической «инструкции» для этого белка.
Результаты исследования опубликованы в выпуске открытого журнала PLoS Genetics от 4 сентября.
Дарвин утверждал, что все организмы произошли от одного или нескольких организмов и что естественный отбор движет эволюционными изменениями. Палеонтологическая летопись показывает, что первые млекопитающие имели зубы с эмалью. Следовательно, млекопитающие без эмали должны были произойти от млекопитающих с зубами, покрытыми эмалью.
«Поэтому мы могли предсказать, что нефункциональные остатки генов, кодирующих эмаль, должны быть обнаружены у млекопитающих, лишённых эмали, — сказал Спрингер. — Однако на момент наших прогнозов у нас не было последовательностей гена энамелина у беззубых и лишённых эмали млекопитающих. С тех пор моя лаборатория работала над получением этих последовательностей, чтобы мы могли проверить наше предсказание».
Предыдущие исследования в эволюционной биологии предоставляли лишь ограниченные доказательства связи морфологической дегенерации в палеонтологической летописи с молекулярным распадом в геноме. Исследование под руководством Спрингера использует преимущество твёрдости эмали и зубов, чтобы предоставить более убедительные доказательства этой связи.
«Молекулярным аналогом рудиментарных органов являются псевдогены, произошедшие от ранее функциональных генов, — объяснил Спрингер. — В нашем исследовании мы чётко видим параллельную эволюцию потери эмали в палеонтологической летописи и молекулярный распад гена энамелина в псевдоген у представителей четырёх различных отрядов млекопитающих, утративших эмаль».
В целом исследование включало следующие шаги:
- Мередит собрал последовательности ДНК гена энамелина у разных млекопитающих.
- Исследователи проанализировали последовательности с использованием различных методов молекулярной эволюции, включая новые подходы, разработанные группой Спрингера.
- Группа использовала результаты своих анализов для проверки предыдущих гипотез и формирования новых.
«В настоящее время мы активно занимаемся расшифровкой эволюционной истории других генов, участвующих в формировании эмали», — добавил Спрингер.
Источник: University of California - Riverside