Продолжая эксперимент, проведенный еще в 90-х, биологи на примере дрозофил определили, какую роль Hox-гены играют в формировании внешности. Оказалось, что они служат «опорой» для других генов, влияющих на внешний вид организма. Статья опубликована в журнале Science Advances.
В 1990 году Уильям Мак-Гинниус провел эксперимент, который сейчас можно найти на страницах учебников. Он смог определить роль участка ДНК, который назвал «гомеобокс». Это последовательность генов, которая задает направление анатомическому развитию организма. Такие гены называются гомеозисными, или Hox-генами. Они присутствуют во многих организмах: от людей и шимпанзе до насекомых. В своем эксперименте биолог проверял, могут ли белки, транскрибированные с Hox-генов человека или мыши, функционировать в мухах.
В новом исследовании ученые использовали современную технологию редактирования генов — CRISPR/Cas. Задачей биологов было выяснить, можно ли заменить Hox-гены обычной дрозофилы фруктовой (Drosophila melanogaster), которая используется в лабораторной практике, на аналогичные гены обитающей на Гавайях дрозофилы D. mimica. Эти дрозофилы различаются строением головы. При этом заменялись все последовательности: как кодирующие белки, так и регуляторные. Выбранный ген называется Proboscipedia и состоит из 44 тыс. оснований. Он участвует в формировании ротового аппарата дрозофил: у D. melanogaster он более гладкий, а у D. mimica более резкий и зазубренный. Когда исследователи заменили указанный ген D. melanogaster на аналогичный ген D. mimica, то обнаружили, что дрозофилы фруктовые сохранили свою гладкую структуру ротового аппарата.
Биологам, однако, удалось выявить одну черту D. mimica в генномодифицированных дрозофилах. Обычно у D. melanogaster сенсорные органы, называемые максиллами, выпирают относительно головы. У D. mimica же максиллы идут параллельно частям ротового аппарата, которые используются для питания. Такая же черта была у полученных дрозофил. Используя инструменты генной инженерии, ученые выяснили, что причина возникновения такой особенности — в изменении паттерна, который активирует регуляторные участки гена Proboscipedia.
Результаты исследования помогли лучше понять роль Hox-генов: являются ли они универсальными регуляторными генами, которые задают направление развития разных участков тела организмов? Как оказалось, нет. Это согласуется с гипотезой Мак-Гинниуса. Он предположил, что Hox-гены являются абстрактными позиционными кодами, служащими «опорой» для генов, которые приносят наибольшую пользу организму. Эти результаты имеют важное значение для эволюционной биологии и биологии развития.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
