Пітон та кобра розкрили генетичні таємниці змій
Тигровий пітон та королівська кобра стали першими зміями, чий геном прочитали повністю. Це дозволило як розглянути їх приватні генетичні особливості, а й приблизно оцінити швидкість і характер генетичної еволюції цієї групи рептилій проти іншими хребетними.
Зоологи давно використовують досягнення молекулярної біології у своїх цілях. Наприклад, про родинно-еволюційні зв`язки між групами тварин куди простіше судити, маючи на руках послідовність геному. Але в цьому сенсі різним тваринам щастить по-різному-ось і до змій руки вчених дійшли тільки зараз. Відразу дві великі дослідні групи опублікували результати аналізу всього геному королівської кобри та тигрового пітона. Ці види стали першими зміями, ДНК яких повністю секвенували.
Зрозуміло, дослідники зайнялися цим не просто так, а щоб зрозуміти, як генетично відбивається той вельми своєрідний зовнішній вигляд і спосіб життя, який ведуть ці рептилії. За допомогою генетичного аналізу можна не тільки з`ясувати, що за молекулярні механізми стоять за тією чи іншою особливістю змій, а й те, як ці істоти, як то кажуть, сягнули такого життя, тобто які еволюційні зміни з ними відбувалися.
Тодд Кестоу з Техаського університету в Остіні (США) та його колеги займалися темним тигровим пітоном, який живе у Південно-Східній Азії і останнім часом став інвазивним видом у південних штатах США. Дослідники не просто прочитали його ДНК, але ще й порівняли активність живлення генів у серці, печінці, нирках і тонкому кишечнику до їжі і після - через один день і через чотири дні після частування.
У журналі PNAS зоологи повідомляють, що зміни в активності генів у пітона були напрочуд масштабними: їжа змушувала працювати інакше буквально половину генів, і ці зміни відбувалися протягом 48 годин. В результаті метаболізм пітону прискорювався в 40 разів, а його внутрішні органи (кишечник, нирки та печінка) за три дні вдвічі збільшувалися у розмірах.
Що ж до кобри, якою разом із колегами займався Ніколас Кейсвелл з Бангорського університету (Великобританія), то тут вчених цікавила насамперед отруйність змії, її вміння створювати отруйну суміш із 73 пептидів та білків. Як пишуть автори в тому ж PNAS, у виробництві отрути у кобр задіяно 20 сімейств генів, причому, що цікаво, ті гени, які працюють у отруйних залозах, мають двійників в інших частинах тіла рептилії. У ході еволюції «отруйні» гени отримували додаткові копії, причому нерідко не одну, і ці копії могли мутувати, ще більше ускладнюючи отруту.
У ході еволюції отруйні змії змушені постійно вдосконалювати свою отруту, оскільки їхні жертви одночасно стають стійкішими до тих токсинів, якими їх цькують рептилії. Життя змії в буквальному сенсі залежить від отрути, оскільки нічого, крім нього, вона протиставити противнику не може, і зрозуміло, чому для цих цілей виділено такі масштабні генетичні ресурси.
Дослідники з обох груп спробували заодно порівняти між собою геноми пітону та кобри, а також зіставити результат із ДНК інших хребетних, у тому числі з ДНК єдиного отруйного виду ссавців – качконоса.
Для цього в обох змій вибрали близько семи з половиною тисяч генів, присутніх у їх геномах в одній копії. Як і очікувалося, генетичні зміни в зміях йшли з величезною швидкістю, що набагато перевищує показники інших тварин. Крім того, кількість генетичних модифікацій у змій теж була значно більшою. Що зрозуміло: форма тіла, спосіб життя та інше у змій настільки незвичайні, що без масштабних генетичних змін, без найсильніших перебудов, які б дозволили пристосуватися до обраної ніші, було не обійтися.
При цьому вчені відзначають, що багато змін полягали не так у тому, як відбувалося управління вже існуючими генами, скільки в появі нових. Вважається, що основний молекулярний інструмент еволюції - це перенастроювання регуляції генів, внесення змін до регуляторних областей, але не поява нових кодуючих блоків. Однак змії, мабуть, у цьому сенсі виявляються деяким винятком - через схильність їхнього геному множити копії генів, які надалі можуть змінюватися, як захочуть.
Втім, робити якісь особливо масштабні висновки про еволюцію змій лише за двома геномами, напевно, рано, а тому самі дослідники пропонують дочекатися появи ще десяти зміїних геномів, які мають бути досліджені у найближчі два роки.
Кирило Стасевич
