Геном шпорцевой лягушки подивил сходствами с млекопитающими
Оказывается, между генетическим материалом людей, мышей, лягушек и куриц не так много различий, как в виде всех этих живых существ. К такому выводу пришли 46 экспертов из 24 университетов мира, более пяти лет занимавшихся исследованием и расшифровкой генома земноводного, являющегося моделью для биологических лабораторий всей земли.
Объектом изучения стала африканская шпорцевая лягушка вида Xenopus tropicalis. Сейчас она стоит в одном последовательности с этими распространёнными модельными организмами, как мышь, крыса, рыбка данио, круглый червь, гидра и дрозофила.
X. tropicalis начал пользоваться особой популярностью у биологов в последние десять лет. Но самой известной модельной лягушкой был и остаётся вид X. laevis (обычная шпорцевая лягушка).
Она употребляется учёными ещё с 40-х годов прошлого века, в то время, когда её начали обширно использовать в качестве теста на беременность.
Некогда обнаружилось, что лягушки очень чувствительны к гонадотропину хориона человека (HCG), гормону, свидетельствующему о наступлении беременности (его же «ищет» стандартная аптечная тест-полоса). В случае если в присутствии женской мочи земноводное создавало икру в течение 8-10 часов, то это считалось хорошим результатом анализа.
Геном X. tropicalis (лягушки слева) расположен на 10 парах хромосом, у X. laevis (справа) по четыре копии каждого гена и к тому же 18 пар хромосом (фото Science/AAAS).
Со временем же стало известно, что на примере X. laevis весьма комфортно изучать развитие клеток и эмбрионов. Оба вида шпорцевых лягушек легко размножаются в неволе, у них прозрачные головастики и крупные икринки, что облегчает наблюдение за происходящим в организме земноводных.
Сначала в претенденты на секвенирование генома предлагали как раз X. laevis. Но X. tropicalis однако была эргономичнее: она чуть меньше по размеру и взрослеет всего лишь за четыре месяца (обычной шпорцевой на это необходимо два года).
Всё это упрощает мониторинг фенотипов и личных генетических мутаций.
С позиций нынешнего изучения она была удачна ещё и тем, что владеет геномом с двойным комплектом хромосом, а у X. laevis их ещё вдвое больше, что, конечно же, затрудняет изучение. Как говорит один из авторов работы Джон Уоллингфорд (John Wallingford) из университета Техаса в Остине, «в те времена нам было страшно поразмыслить, что мы возьмёмся за подобную головоломку».
Дело в том, что анализ ДНК земноводного начали ещё в 2002 году, перед тем как показались новые техники секвенирования. К 2005 году был взят черновой вариант последовательности генов.
Сейчас же на руках у учёных не только код ДНК, но и кое-какие первые выводы (просматривайте статью в издании Science).
Большие икринки разрешают легко ввести вовнутрь них необходимые вещества, что практически превращает их в необычные громадные сферические пробирки (фото Richard Harland/UC Berkeley).
Самое занимательное, что узнали учёные, – это множественные соответствия кусков кода земноводного таковым у человека и мыши: громадные последовательности генов на нескольких хромосомах были выстроены в том же порядке, что и у млекопитающих.
«Мы поняли, что целые мегабазы в некоторых генах практически не поменяли собственное строение с того времени, как амфибии, птицы и млекопитающие разошлись на отдельные ветви эволюционного древа», — говорит Уффе Хелстен (Uffe Hellsten) из Объединённого университета генома (Joint Genome Institute).
По подсчётам учёных, неспециализированный предок упомянутых существ жил на Земле около 360 миллионов лет назад. Но эти выводы нельзя распространить на всех позвоночных: так, последовательность генов данио рерио очень отличается.
«Однако отечественные эти свидетельствуют: хромосомные перестройки в ходе эволюции были не так уж и нередки», — додаёт Ричард Харленд (Richard Harland) из университета Калифорнии в Беркли. Кстати, ввели учёных в заблуждение скоро эволюционирующие грызуны.
Кое-какие биологи сравнивают нынешние генетические изучения с археологическими раскопками: сейчас возможно делать выводы о предках современных существ и об истории эволюционного развития ДНК как у млекопитающих, так и у амфибий.
Головастик X. tropicalis с показавшимися задними конечностями. Через кожу головы видны нервы, парная вилочковая железа и большие кровеносные сосуды.
Подобные подарки природы – уникальность, значительно чаще прозрачных животных приходится намерено выводить (фото Siwei Zhang, Jingjing Li, Enrique Amaya/Science).
Что касается применения взятых данных, то в первую очередь они понадобятся в изучении людских болезней: установлено, что около 1700 из более чем 20 тысяч генов X. tropicalis аналогичны «вредным» генам людей. Это указывает, что на лягушках возможно будет моделировать болезни и опробовать их лечение.
«Доступ к коду Xenopus разрешит изучить влияние на их гены химикатов, видящихся в воде рек и озёр и имитирующих гормоны земноводных», — говорит в пресс-релизе университета Калифорнии в Беркли Уффе.
Эти вещества нарушают обменные процессы в организме животных и приводят к уменьшению их популяции. Кстати, не меньший вред они способны наносить и человеку, так что изучения в данной области станут не лишними (больше подробностей в этом материале).
В лаборатории Харленда на данный момент проводятся испытания по изучению функций генов земноводных: биологи вводят в икринки нуклеиновые кислоты для отключения и «активации» тех либо иных составляющих ДНК, а после этого наблюдают, как это отражается на выработке белков и остальных процессах.
А ещё учёные взялись за расшифровку ДНК X. laevis, выстроить которую сейчас будет несложнее. Новейшие технологии разрешат кроме этого сократить издержки до $1 миллиона (что в 20 раз меньше, чем количество средств, использованных в этом проекте).
Чуть позднее планируется сравнить взятую данные с геномом «тропического» собрата. Быть может, это прольёт свет на вопрос о том, для чего природа придумала увеличивать количество копий генов и что данный процесс даёт организму.
