Удвоение гена превратило плавники рыбы-зебры в подобие ног

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. Ожидается, 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.

Команда ученых- 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. По словам ученых, 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 исследователей, 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.