Исчезновение генов из генотипа того или иного вида на первый взгляд трудно считать позитивным событием – ведь куда логичнее предположить, что мы развиваемся, когда получаем что-то, а не когда теряем. Однако биологи университета Барселоны уверены в том, что именно утрата генов имеет огромный потенциал для процессов генетических изменений и эволюционной адаптации.
Обоснованность такого подхода подтвердило недавно жюри международного рейтинга 1000 Prime, оценивающее лучшие статьи по биологии и медицине на основании мнения более чем 10 тысяч ученых по всему миру. Работа испанских эволюционистов оказалась включена в этот рейтинг, как имеющая особое значение в области геномики и генетики >>
«Утрата чего-либо есть не что иное, как изменение. Но изменение есть излюбленный прием природы Целого, согласно которой все созидается наилучшим», – писал почти 2000 лет назад римский император Марк Аврелий. Именно эту фразу выбрали эпиграфом к своей работе два профессора университета Барселоны – Рикар Албалат (Ricard Albalat) и Кристиан Канестро (Cristian Canestro).
Потеря гена может происходить в силу различных причин. Например, незаконная рекомбинация или транспозиция способны физически устранить ген из генотипа, а разнообразные мутации просто блокируют его работу, не уничтожая без следа. «Секвенирование геномов самых разных организмов показало, что потеря генов является обычным явлением в процессе эволюции. В некоторых случаях было доказано, что эта потеря может означать адаптивную реакцию по отношению к стрессовым ситуациям, вызванным внезапными изменениями окружающей среды», – говорит профессор Канестро.
«В других случаях генетические потери, даже являющиеся нейтральными по сути, вносят свой вклад в генетическую и репродуктивную изоляцию между разными линиями, и, таким образом, либо участвуют в сексуальной дифференциации, содействуя возникновению новой Y-хромосомы, – продолжает Канестро. – Тот факт, что модели генетических потерь не являются стохастическими, а касаются вполне определенных генов (в зависимости от их функции или положения в геноме), подчеркивает важность генетических потерь в эволюции видов».
Утрата генов достаточно распространена в живой природе. Например, традиционно считается, что к этому процессу довольно склонны насекомые. В типе хордовых, включающем в себя позвоночных животных, потеря генов зафиксирована, например, у планктонного организма Oikopleura dioica.
«Вероятность потери генов связана с образом жизни вида, – утверждает профессор Албалат. – Паразиты, например, показывают большую тенденцию к потере генов, поскольку они повторно используют ресурсы своего хозяина и многие их гены становятся несущественными и в конечном итоге исчезают. Виды с большим количеством избыточных генов, такие как позвоночные, растения и дрожжи, удвоившие свой геном, также страдали от потери генов в течение эволюции».
Интересно, отмечает Албалат, что крупные потери генов не всегда оказываются связаны с радикальными морфологических изменениями в плане строения тела пострадавшего организма. «У хордовых Oikopleura dioica, например, несмотря на потерю многих генов, имеющих важное значение для развития эмбриона и формирования плана строения хордовых, сохраняется типичный план строения тела с органами и структурами (сердцем, головным мозгом, щитовидной железой и т.д.), которые можно рассматривать как гомологи позвоночных. Это противоречие, которое мы назвали «обратным парадоксом», пока очень трудно объяснить», – сказал испанский биолог.
Иногда потеря генов приводит к позитивному результату. Так, утрата некоторыми людьми генов, связанных с клеточными рецепторами CCR5 и Duffy сделала их менее восприимчивыми к малярии и ВИЧ-инфекции. Некоторые растения после утраты генов изменили цвет своих цветков и привлекают больше опылителей, а некоторые насекомые, утратив гены, стали более теплоустойчивы и заселили новые места обитания.
Вполне возможно, что потеря генов стала решающим условием происхождения человеческого рода. Геном шимпанзе и людей одинаков более чем на 98%, и в этом контексте заманчиво предположить, что, возможно, стоит поискать различия не в наших общих генах, а в тех, что были утрачены в ходе эволюции. «Например, считается, что потеря одного их генов уменьшила челюстную мускулатуру, а это, в свою очередь, дало возможность человеческому мозгу увеличиться до его нынешнего размера, или что потери генов играют важную роль в совершенствовании нашей иммунной системы», – говорит Кристиан Канестро.
Статья Evolution by gene loss опубликована в журнале Nature Reviews Genetics
Doi: 10.1038/nrg.2016.39
Полная версия этой статьи (на английском языке)
