Геном утконоса оказался сложнее своего хозяина

Как только ни называли утконоса (Ornithorhynchus anatinus) английские исследователи Австралии. Например, уткокротом (duckmole) и водяным кротом (watermole). В настоящее время в английском языке закрепилось название platypus, происходящее от греческого platus (плоский) и pous (лапа) (фото с сайта australiantraveller.com).

Утконос — водоплавающее отряда однопроходных, одно из самых известных эндемичных животных Австралии. Это странное существо похоже на смесь рептилии, птицы и млекопитающего. Так стоит ли удивляться, что «расшифровав утконоса» и сравнив его «код» с хромосомными наборами других животных, исследователи открыли в нём «кусочки» всё тех же птиц, рептилий и млекопитающих? Стоит.

Первоначальная расшифровка наследственной информации диковинного создания была проведена интернациональным консорциумом учёных под руководством Уэсли Уоррена (Wesley Warren) из центра расшифровки геномов университета в Сент-Луисе (Genome Sequencing Center). И записанный «код жизни» оказался не менее странным, чем сам утконос.

Учёные проанализировали геном самки утконоса Гленни (Glennie) из австралийского штата Новый Южный Уэльс. Исследователи обнаружили порядка 18,5 тысячи генов и сравнили их последовательности с генетической информацией человека, мыши, собаки, опоссума и курицы.

Заполучив ценныю данные, биологи теперь разбираются в «лоскутном одеяле» открытий, которые помогут узнать больше об эволюции животного мира и, в частности, млекопитающих.

Состояние расшифровки геномов животных на сегодняшний день (иллюстрация с сайта Nature).

Пример: одним из основных отличительных признаков млекопитающих является наличие у них молочных желёз, с помощью которых они вскармливают своё потомство молоком. У утконоса нет сосков, но тем не менее присутствуют железистые участки кожи, которые выделяют молоко (насыщенное жирами, сахарами и белками) через поры.

Проведённый обширный анализ показал, что у утконоса есть гены, отвечающие за выработку казеина (основного белка молока всех млекопитающих). Из этого генетики делают вывод, что появление молока у млекопитающих произошло более 166 миллионов лет назад (после того как последние отделились от завропсид, от которых позже произошли современные рептилии и птицы).

Другая группа учёных взялась за изучение генов, отвечающих за образование яйцеклеток утконоса. Они также поведали много интересного.

Эмбрион будущего детёныша развивается в утробе матери в течение 21 дня, затем самка откладывает небольшое яйцо с кожистой скорлупой. По прошествии ещё 11 дней на свет появляются детёныши с не полностью дифференцированными органами. Как сумчатые они развиваются дальше, питаясь молоком матери.

Биологи выяснили, что утконос обладает четырьмя генами, которые присутствуют у млекопитающих и ответственны за образование первичной оболочки яйцеклетки (zona pellucida), облегчающей её оплодотворение. При этом у него также имеются два совпадения по гену ZPAX, который ранее был обнаружен у птиц, амфибий и рыб.

Кроме того, в наследственной информации этого животного присутствует ген, который есть у куриц и рыб и отвечает за образование вителлогенина (белка-предшественника, на котором строится желток яйца). Это означает, что вителлогенин появился до отделения от завропсидов (с одной оговоркой: если у куриц три гена, кодирующих вителлогенин, то у утконоса он один).

Ещё одно интересное наблюдение: были найдены гены, также присутствующие у животных с хорошо развитым обонянием (например грызунов и собак). То есть несмотря на то что утконос плавает под водой с закрытыми глазами, ноздрями и ушами, он ориентируется не только с помощью расположенных на его «клюве» рецепторов, чувствительных к электрическим сигналам, но и, возможно, по запаху.

Однако генетики обнаружили и более любопытные факты. Так, другие черты утконоса, присущие современным рептилиям, как выяснилось, эволюционировали отдельно.

Известно, что мужские особи «австралийского аборигена» обладают ядовитыми шпорами на задних лапах. Яд, который в них расположен, способен убить животное размером с собаку и принести существенные болевые ощущения человеку.

Как и яд рептилий, он представляет собой смесь как минимум трёх пептидов. Но этот коктейль появился в результате дублирования генов утконоса, отличающихся от генов современных рептилий. То, что яды оказались похожи, — пример конвергентной эволюции у двух разных животных.

Известно также, что пол детёныша утконоса определяют не две (как у млекопитающих, в частности человека, и птиц), а десять хромосом из 52. При этом хромосомы, хоть и маркируются как X и Y, совершенно не похожи ни на одну из X-хромосом человека, мыши или собаки. Более того, X-хромосомы утконоса имеют больше сходства с Z-хромосомами птиц.

Получается, что половые хромосомы плацентарных, а также ген Sry, расположенный на Y хромосоме, эволюционировал уже после того, как однопроходные отклонились от млекопитающих, что произошло значительно позже, чем считалось ранее.

«Наши половые хромосомы являются обыкновенными аутосомами утконоса», — поясняет Дженнифер Грэйвс (Jennifer Graves), исследовательница из Австралийского национального университета (Australian National University), ранее участвовавшая в расшифровке генома опоссума.

Примерно те же результаты получили биологи, изучающие строение микро-РНК утконоса. Среди них были те, что встречаются только у куриц (но не у млекопитающих), и наоборот.

«Как ни странно, но мы действительно обнаружили, что морфология животного отображается на уровне молекулярной биологии в его геноме, хотя это вовсе не обязательное условие», — добавляет Грегори Хеннон (Gregory Hannon) из частной некоммерческой лаборатории Cold Spring Harbor Laboratory в Нью-Йорке. Он также является одним из авторов общей статьи, опубликованной в журнале Nature.

Утконос обладает чертами как рептилий, так и птиц, и млекопитающих (иллюстрация NSF/Nature).

Таким образом, выходит, что части генома разных животных сосуществуют в хромосомном наборе одного организма, делают вывод учёные в пресс-релизе университета Вашингтона в Сент-Луисе.

При этом почти половину генома утконоса составляют некодирующие последовательности ДНК, множество копий перемещающихся генетических элементов (как у многих млекопитающих), но при этом значительно реже встречаются микросателлиты, которые к тому же по строению больше напоминают те же участки у рептилий. Баланс комплементарных пар оснований (а их по грубым оценкам порядка 2,2 миллиарда) смещён в сторону А-Т пар.

Достоверно можно сказать, что полученная информация (её вы найдёте здесь) будет ещё долго разбираться по кирпичикам и обрабатываться, а различия в геномах утконоса и других животных приписываться тем или иным особенностям видов.

В будущем же учёные мечтают добраться до генома не менее любопытного родственника утконоса – ехидны. Но пока это даже не обозримое будущее.



Найден новый генетический код избыточного веса

6 мая 2008

Генная терапия впервые вернула зрение человеку

28 апреля 2008

Человечество могло разделиться на два вида

25 апреля 2008

За тягу к курению и рак лёгких тоже отвечают гены

3 апреля 2008

Генетики открыли путь к выращиванию пищи в пустынях

28 февраля 2008