Как у тушканчика появились огромные лапы

Тушканчик

Необычное прыгающее животное обязано своими большими конечностями хитрой генетической работе

С его большими ушами и усатым носом можно было бы принять тушканчика за мышь, по крайней мере, от живота и выше. Ноги животного — это совсем другая история, с гигантскими ступнями, которые позволяют ему прыгать, как кенгуру, по жарким пустыням Африки и Азии. Теперь исследователи говорят, что они, возможно, выяснили, как развились эти потрясающие конечности.

Это понимание приходит в результате сравнения «транскриптома» — фактически суммы всех генов, используемых в настоящее время организмом — мышей и тушканчиков, существ, разделенных примерно 55 миллионами лет эволюции. Исследователи начали с общего у этих видов: передних конечностей или рук. Сравнивая информационную РНК (мРНК), продуцируемую клетками хряща развивающихся мышей, и передних лап тушканчиков, команда стремилась установить базовый набор генетических различий между двумя животными, которые, вероятно, не были связаны с большими ногами тушканчиков. Чтобы создать белок, активный ген сначала создает “транскрипт” мРНК.

Затем ученые исследовали клетки хряща растущих конечностей двух животных. Из этих транскриптомов ног мыши и тушканчика они смогли сузить пул потенциальных генов, связанных с размером ноги, на 90%, оставив в общей сложности 1755.

Наконец, исследователи использовали серию так называемых сетевых анализов, чтобы попытаться определить, какие гены могут оказать огромное влияние на формирование ног тушканчика. Ученые десятилетиями каталогизировали гены, их функции и химические пути, на которые они влияют в организме. Но в вакууме в камере ничего не работает. Практически каждый путь переплетается с другими, и конечный результат является продуктом многих генных сплетений, работающих параллельно, и отдельных генов, которые имеют множество ассоциаций с другими.

Общая картина, нарисованная сетевым анализом тушканчиков, показывает, насколько сложен процесс разработки. Исследователи сообщают в этом месяце в журнале Current Biology, что не существует единого гена для ног грызунов, но существует множество различных, перекрывающихся генных сетей. «Это похоже на вытягивание шарика спагетти», — говорит автор исследования Ким Купер, эволюционный биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего. «Вы тянете в одной точке, и все, что с ней связано, тоже будет двигаться».

Тем не менее, были некоторые нити спагетти, которые оказались особенно важны. Команда идентифицировала ген под названием Shox2, например, который экспрессируется в лапах тушканчика, но не в лапах мыши. Shox2 создает фактор транскрипции, белок, который определяет, какие другие гены включены, или определяет, какая часть ДНК гена фактически превращается в белок. Факторы транскрипции могут иметь огромные каскадные эффекты, которые изменяют целые генные сети, и ранее было показано, что Shox2 связан с такими заболеваниями, как синдром Тернера у людей, который вызывает низкий рост и непропорциональные конечности.

Другие гены с различной экспрессией у тушканчиков обычно связаны с прекращением роста костей у мышей. Команда сообщает, что этот подход «срезания тормозов» является еще одним ключевым компонентом огромных задних ног тушканчика.

По словам Генри Кроненберга, эндокринолога Массачусетской больницы общего профиля, который специализируется на развитии костей, но не принимал участия в исследовании, анализ статьи иллюстрирует новый способ понимания генетики, лежащей в основе биологических процессов. Он отмечает, что большая часть нашего понимания функции генов основана на мутациях и отключении генов. Однако здесь авторы использовали эволюционные изменения между двумя животными, чтобы попытаться выявить гены, участвующие в физическом различии, говорит он.

Автор Дэвид Шульц
Cсылка на исследование в тексте статьи.

Читайте также: