Британдық және испандық генетиктер омыртқалылардың анатомиялық күрделілігі жаңа гендердің пайда болуынан гөрі, бұрыннан бар генетикалық ақпарат негізінде түзілетін ақуыздардың әртүрлілігінің артуымен байланысты екенін анықтады. Негізгі өзгерістер эмбрион дамуын басқаратын сигналдық жолдарда орын алған, бұл күрделі ағзалардың қалыптасуына мүмкіндік берді.

Биологиядағы қайшылық: гендер саны мен ағза күрделілігі

Биологияда бұрыннан белгілі: геномдағы гендер саны ағзаның күрделілік деңгейімен әрдайым байланысты емес. Мысалы, адам мен микроскопиялық жұмыр құрттың гендерінің саны шамамен бірдей.

Дамудағы сигналдық жолдардың рөлі

Эмбрион дамуын бірдей сигналдық жолдар – Wnt, Hedgehog және BMP басқарады. Бұл – жасуша қабығынан ядроға дейінгі ақпаратты жеткізетін тізбектер, соңында арнайы ақуыздар – транскрипциялық факторлар іске қосылады. Бұл ақуыздар сигнал алған соң ядроға еніп, ДНҚ-ның белгілі бір бөліктерін қосады немесе сөндіреді.

Альтернативті сплайсинг – әртүрліліктің көзі

Зерттеу авторлары ағзалардың күрделенуі альтернативті сплайсингпен байланысты деп болжайды – бұл бір геннен бірнеше түрлі ақуыз (изоформа) түзуге мүмкіндік беретін механизм, кодтың мағыналы бөліктерін әртүрлі ретпен біріктіреді. Бұл конструктор секілді: бір ДНҚ нұсқауынан жасуша түрлі ақуыздар жинай алады.

Әртүрлі түрлердің транскриптомдарын салыстыру

Ғалымдар транскриптомдарды (барлық жұмыс істейтін РНҚ молекулаларының жиынтығы) үш түр арасында салыстырды, олар эволюциялық баспалдақта омыртқасыздан омыртқалыларға дейінгі аралықты көрсетеді: Ciona intestinalis қабықшалысы (омыртқасыз, омыртқалыларға ең жақын), Lampetra planeri миногасы (қарапайым жақсыз омыртқалы) және Xenopus tropicalis бақасы (заманауи жақты омыртқалы).

Талдау үшін ұзын оқылымды секвенирлеу қолданылды, бұл әр геннің қанша сплайсинг нұсқасын түзетінін дәл анықтауға мүмкіндік берді.

Талдау нәтижелері

Талдау көрсеткендей, омыртқалыларда сплайсинг нұсқаларының жалпы саны барлық жерде емес, тек транскрипциялық факторларды кодтайтын гендер отбасыларында айтарлықтай артқан. TCF/LEF (Wnt жолы), GLI (Hedgehog жолы) және SMAD (BMP жолы) отбасыларында омыртқалыларда изоформалардың әртүрлілігі әлдеқайда жоғары. Егер қабықшалыда бұл гендер «бір ген – бір ақуыз» принципімен жұмыс істесе, бақада әр ген екі-үш функционалды нұсқа түзеді.

Күтпеген жаңалық

Салыстырудағы ең қарапайым ағзада да қызықты жаңалық табылды. Қабықшалыдағы TCF генінде ерекше изоформа анықталды, ол транспозон (қозғалмалы генетикалық элемент) кірігуінің нәтижесінде пайда болған. Бұл «қоқыс ДНҚ» деп аталатын бөліктердің де жаңа функционалды ақуыз бөліктерін кездейсоқ түзе алатынын көрсетеді.

Зерттеу қорытындылары

Бұл жұмыс ағзалардың күрделенуі жаңа сигналдық жолдардың пайда болуынан емес, бұрыннан бар жолдардың нәзік бапталуынан болғанын дәлелдейді. Омыртқалылар басқарушы функцияларды орындайтын ақуыздардың репертуарын изоформалар санын арттыру арқылы кеңейтті. Бұл жасушаларға бірдей сигналдарға әртүрлі жауап беруге, сол арқылы ескі генетикалық жиынтық негізінде күрделі тіндер мен ағзалар түзуге мүмкіндік берді.