Медленные улитки, быстрые гены: Хищные улитки совершенствуют яды через непрерывное удвоение генов
Когда тропические морские конусные улитки (род Conus) вонзают свои гарпуноподобные зубы в жертву, они вводят парализующий яд, состоящий из более чем 100 различных нейротоксинов.
Гены, кодирующие токсины этих улиток (конотоксины), — одни из самых быстро эволюционирующих в животном мире. Учёные из Мичиганского университета выяснили молекулярный механизм этого разнообразия.
Ключевое открытие: реконструкция эволюционной истории этих генов показала быстрое и непрерывное удвоение генов на протяжении последних 11 миллионов лет, что связано с ускоренными темпами эволюции конотоксинов.
- Скорость удвоения генов у конусных улиток как минимум в два раза выше, чем у генов ядов змей и скорпионов или обонятельных генов.
- Такая непрерывная модель дупликации генов ранее не наблюдалась у других организмов.
"Высокие темпы дупликации генов могут фактически способствовать быстрой эволюции членов генных семейств, увеличивая количество возможностей для возникновения полезных мутаций за счёт роста числа копий генов", — объясняет Дэн Чанг, ведущий автор исследования.
Как это работает:
- Ген дублируется, создавая лишнюю копию в геноме.
- Эта копия накапливает случайные мутации.
- Полезные мутации, дающие новую функцию (например, более точное воздействие на нервную систему определённой добычи), закрепляются естественным отбором.
- Процесс повторяется, расширяя "арсенал" улитки.
Сегодня у типичного вида конусных улиток в яде от 100 до 200 уникальных нейротоксинов. Ускоренная эволюция, подпитываемая дупликацией, позволила улиткам диверсифицировать и усовершенствовать свои токсины, возможно, в ответ на смену рациона или развитие устойчивости у жертв (червей, рыб, других улиток).
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Biology and Evolution, впервые проанализировало гены конотоксинов у нескольких близкородственных видов для реконструкции эволюции их генных семейств.