Когда существа развиваются, их генетические схемы меняются. Но в генетическом материале все еще скрываются фрагменты самых древних предков вида.
В недавней публикации журнала Genomics исследователь Университета Карнеги-Меллона Сирша Фоули и ее коллеги обнаружили 14 генов, которые могут дать представление о происхождении морской жизни.
«Мы обнаружили набор генов, функции которых неизвестны, и у них нет известных белковых доменов», — сказал Фоули. «Они распространены среди множества морских организмов и очень древние. Это было действительно удивительно».
Фоули, первый автор статьи, является старшим биоинформатиком в Echinobase, веб-ресурсе, который обеспечивает доступ к геномным, экспрессионным и функциональным данным исследований, связанных с морскими звездами, морскими огурцами, морскими ежами и другими видами иглокожих.
«Эволюционно иглокожие стары и являются хорошим представителем ранних формирующихся животных. Они дают несложное представление о том, как может появиться группа животных», — сказал Фоули.
Фоули работает в лаборатории Вероники Хинман, изучающей иглокожих. Морские звезды и люди, наряду с другими позвоночными, имеют ряд общих черт в их раннем развитии, организации генома и содержании генов.
«Сирша начала проект, думая, что сможет обнаружить специфические гены иглокожих, которые могли бы помочь нам понять признаки этих животных, поэтому было очень удивительно найти такие древние, законсервированные гены, а затем увидеть, что у них нет известных функций», — сказал Хинман, заслуженный профессор наук о жизни доктора Фредерика А. Швертца и глава отдела биологических наук Карнеги-Меллона. «Это откроет новый захватывающий проект, чтобы попытаться понять их роли».
Исследователи использовали филогеномные подходы для поиска ортологичных генов (генов разных видов, происходящих от общего предкового гена), функция которых у иглокожих неизвестна. Затем исследователи использовали этот набор данных для идентификации генов, которые имеют родственные связи с другими морскими животными, такими как губки, анемоны и асцидии. У неморских животных, таких как люди, мухи или мыши, не было ни одного из генов.
«Мы обнаружили, что нет генов иглокожих, специфичных для линии», — сказал Фоули. «Огромное количество генов связано с другими животными, не относящимися к типу иглокожих».
Было обнаружено, что три вида иглокожих имеют все 14 генов: морская лилия (Anneissia japonica), морская звезда с терновым венцом (Acanthaster planci) и фиолетовые ежи (Strongylocentrotus purpuratus).
Команда из Барселоны — Анна Власова, Марина Марсет-Хоубен и Тони Габальдон из Барселонского суперкомпьютерного центра и Института исследований в области биомедицины при Барселонском институте науки и технологий — создали генеалогическое древо, используя каждый ген пурпурных ежей, чтобы показать, как они относится к генам других видов.
«Реконструируя эволюционную историю каждого гена в этих геномах, можно не только найти глобальные закономерности эволюции, но и выявить замечательные исключения, как мы сделали здесь», — сказал Габальдон. «Выявленные гены являются древними и законсервированными среди морских животных, и они будут иметь ключевое значение для понимания того, как появляются новые линии без необходимости приобретения новых наборов генов».
Фоули сказал, что, хотя функции этих генов в настоящее время неизвестны, они могут быть очень важными, поскольку все они произошли от общего предка. Следующим шагом будет изучение некоторых из 14 генов в лабораторных условиях, чтобы попытаться выяснить их функции. Фоули сказал, что это может включать сосредоточение внимания на пурпурных ежах или других видах с некоторыми генами, таких как обычно изучаемая летучая мышь (Patiria miniata).
«Тот факт, что гены такие старые и обнаружены только у морских организмов, предполагает, что они, по крайней мере, выполняют специфическую для морской среды функцию», — сказала она. «Если они не были, они достаточно старые, чтобы от них избавились на данный момент».
