Удвоение гена превратило плавники рыбы-зебры в подобие ног



Группа биологов под руководством Хосе Гомеза-Скарметы (Jose Gomez-Skarmeta) из университета Пабло де Олавиде в Севилье (Испания) наблюдала за изменениями в развитии плавников рыб-зебр(Danio rerio), которые вызывают мутации в гене Hoxd13.

Появление дополнительной копии гена-«программы» роста плавников в геноме рыбы-зебры привело к тому, что ее плавники превратились в подобие ног сухопутных животных, заявляют испанские биологи в статье, опубликованной в журнале Developmental Cell.

Считается, что плавники рыб и конечности четвероногих животных формируются внутри зародыша при помощи одних и тех же механизмов, исполняющих две разные генетические «программы». Нил Шубин (Neil Shubin), и его коллеги подтвердили эту гипотезу на практике в 2011 году, поменяв местами аналогичные гены из ДНК мышей и рыб-зебр без негативных последствий для развития плавников или лап.

Группа биологов под руководством Хосе Гомеза-Скарметы (Jose Gomez-Skarmeta) из университета Пабло де Олавиде в Севилье (Испания) наблюдала за изменениями в развитии плавников рыб-зебр(Danio rerio), которые вызывают мутации в гене Hoxd13.

Как объясняют ученые, ген Hoxd13 входит в большое семейство генов 5'hox, «дирижирующих» ростом конечностей и тела во время развития зародыша. Активность этих генов определяет то, какую форму приобретет та или иная часть организма, и нарушения в ее работе являются причиной появления уродств.

Гомез-Скармета и его коллеги обратили внимание на хорошо известный факт — активность гена Hoxd13 на кончиках будущих плавников рыб крайне низка, тогда как у четвероногих она, наоборот, очень высока. Авторы статьи проверили, что произойдет с плавниками будущей рыбы-зебры в том случае, если активность гена будет искусственно повышена.

Для этого ученые вставили в геном Danio rerio вторую копию Hoxd13, которая никак не проявляла себя в развитии зародыша до тех пор, пока в его клетках не появлялся синтетический гормон дексаметазон. Добавляя дексаметазон в разные части плавников, ученые получили возможность отслеживать изменения, которые вызывала вторая копия Hoxd13.

Включение второй копии «программы» роста в клетках будущих плавников привело к любопытному эффекту. У зародышей с двойной порцией Hoxd13 плавники потеряли характерную веерообразную форму и стали округлыми, а не плоскими. Кроме того, внутри мягких тканей на конце плавника стали появляться «заготовки» хрящей и костей, что не характерно для нормальных рыб-зебр.

По словам биологов, структура таких конечностей больше напоминала будущие лапы животных, чем плавники рыб. Как полагают ученые, подобное изменение в работе «программы» развития конечностей могло произойти и в ходе эволюции предков сухопутных позвоночных.

Это предположение поддерживается тем, что вставка в геном рыбы-зебры отсутствующего в нем гена CsС, управляющего работой Hoxd13 в зародыше мыши, привела к превращению плавников в примитивный аналог лап.

«Мы выяснили, что "контрольная программа» из генома мышей смогла запустить работу Hoxd13 в кончиках плавников рыбы-зебры. Это говорит о том, что клеточные механизмы, способные «включать» эту программу, присутствовали в геноме общего предка рыб и четвероногих животных", — заключает один из авторов статьи Фернандо Касарес (Fernando Casares) из университета Пабло де Олавиде.

Источник

«В экспериментальных работах надо сомневаться до тех пор, пока факты не заставляют отказаться от всяких сомнений»

Луи Пастер