Почему змеи такие длинные?
На простой вопрос «отчего змея такая длинная» на самом деле очень сложно ответить. На прошлой неделе в журнале Science было опубликовано исследование, объясняющее природу длинного тела змеи.
Рентгеновский снимок мыши-мутаната с 26 парами ребер Фото: R. Aires, et. al. Developmental Cell, 38, 2 (29 July 2016) © Elsevier Inc
У змеи может быть от 25 до 45 пар ребер, в то время как у человека только 12. Известно, что число позвонков, мышц и связок, образующих тело, широко варьируется среди разных животных, но всегда неизменно для представителей одного вида. Очевидно, что существует механизм, по которому экспрессия генов, отвечающих за состав и длину разных частей тела, резко меняется при образовании нового вида. Этот механизм, как выяснила группа ученых из университета Гульбенкян в Португалии, кроется в некодирующей ДНК - участках генома, которые не кодируют белки.
Чтобы это выяснить, ученые изучали не змей, а мышей с необычно длинным телом. У обычной мыши 13 пар ребер, а у мышей-мутантов из португальской лаборатории - все 24. Причина мутации оказалась в деактивации гена GDF11, который, будучи активным, блокирует работу другого гена - OCT4, из-за которого и вырастают лишние позвонки и ребра. Однако у змей ген GDF11 в порядке: почему же они вырастают длинными? Ответ кроется в окружающей ген OCT4 некодирующей ДНК.
Первоначально считалось, что некодирующая ДНК не выполняет никаких функций; ее даже назвали «мусорной». В последние два десятилетия биологи убедились, что это далеко не так; в частности, некодирующая ДНК способна «включать» и «выключать» гены и управлять расписанием генной экспрессии. Ученые пересадили окружающие ген OCT4 участки генома змей в эмбрионы нормальных мышей и стали ждать. Эмбрионы развились в мышек с множеством лишних позвонков и ребер, подтвердив теорию, что «мусорная» ДНК на самом деле вовсе не мусорная и сильно влияет на экспрессию генов.
Коллеги португальских генетиков считают, что окончательным доказательством того, что все дело в некодирующей ДНК, должна стать змея с искусственной некодирующей ДНК, - такой, какая «выключает» OCT4 на ранних стадиях развития других позвоночных. Если такая змея окажется короткой, гипотеза о роли некодирующей ДНК подтвердится; однако это сложно. Когда змея откладывает яйца, эмбрионы в них уже имеют до 26 пар ребер, а получить эмбрионы змей на более ранних стадиях развития весьма непросто.
Рентгеновский снимок мыши-мутаната с 26 парами ребер Фото: R. Aires, et. al. Developmental Cell, 38, 2 (29 July 2016) © Elsevier Inc
У змеи может быть от 25 до 45 пар ребер, в то время как у человека только 12. Известно, что число позвонков, мышц и связок, образующих тело, широко варьируется среди разных животных, но всегда неизменно для представителей одного вида. Очевидно, что существует механизм, по которому экспрессия генов, отвечающих за состав и длину разных частей тела, резко меняется при образовании нового вида. Этот механизм, как выяснила группа ученых из университета Гульбенкян в Португалии, кроется в некодирующей ДНК - участках генома, которые не кодируют белки.
Чтобы это выяснить, ученые изучали не змей, а мышей с необычно длинным телом. У обычной мыши 13 пар ребер, а у мышей-мутантов из португальской лаборатории - все 24. Причина мутации оказалась в деактивации гена GDF11, который, будучи активным, блокирует работу другого гена - OCT4, из-за которого и вырастают лишние позвонки и ребра. Однако у змей ген GDF11 в порядке: почему же они вырастают длинными? Ответ кроется в окружающей ген OCT4 некодирующей ДНК.
Первоначально считалось, что некодирующая ДНК не выполняет никаких функций; ее даже назвали «мусорной». В последние два десятилетия биологи убедились, что это далеко не так; в частности, некодирующая ДНК способна «включать» и «выключать» гены и управлять расписанием генной экспрессии. Ученые пересадили окружающие ген OCT4 участки генома змей в эмбрионы нормальных мышей и стали ждать. Эмбрионы развились в мышек с множеством лишних позвонков и ребер, подтвердив теорию, что «мусорная» ДНК на самом деле вовсе не мусорная и сильно влияет на экспрессию генов.
Коллеги португальских генетиков считают, что окончательным доказательством того, что все дело в некодирующей ДНК, должна стать змея с искусственной некодирующей ДНК, - такой, какая «выключает» OCT4 на ранних стадиях развития других позвоночных. Если такая змея окажется короткой, гипотеза о роли некодирующей ДНК подтвердится; однако это сложно. Когда змея откладывает яйца, эмбрионы в них уже имеют до 26 пар ребер, а получить эмбрионы змей на более ранних стадиях развития весьма непросто.