Слайд 1. 05. Дивне
пристосування. У птахів розміри геному менші, ніж у ссавців та рептилій. Як не дивно,
розмір геному кажанів теж менший, ніж більшості ссавців. А нелітаючі птахи, як
правило, мають більший геном, ніж літаючі. Що це: випадковий збіг обставин чи
пристосування до польоту?
Слайд 2. Протягом останніх 15 років розвиток технологій забезпечив скорочення вартості
прочитання одного геному з сотень мільйонів до тисяч доларів. Це призвело до
збільшення доступності вивчення послідовностей ДНК. В 2008 році було
опубліковано масштабне дослідження, основане на прочитанні великих частин
геному деяких видів птахів. Логічним продовженням цього стали роботи в рамках
проекту Genome 10k започаткованого у 2009
р., одним з дочірніх проектів якого став Avian
Phylogenomics Project, який відповідає за дослідження птахів.
Слайд 3. Виявилося, що геном у птахів дивно маленький. У ссавців
і рептилій його розміри варіюють від 1 до 8,2 Гб, а у птахів - від 0,91 Гб у
колібрі Archilochus alexanderi до 1,3 Гб у страуса. Для порівняння, у жаби
6,00, крокодила 3,21, корови 3,7, кішки 2,9, миші 3,3, людини 3,5.
Слайд 4. У ящеротазових динозаврів (предків сучасних птахів) ще в
тріасі відбулося радикальне скорочення геному. Зменшення геному у ящеротазових
динозаврів розглядають не як безпосередню адаптацію до польоту, а як
преадаптацію, тобто як фактор, що згодом полегшив розвиток здатності до
польоту. З чим було пов'язано це зменшення? Слайд 5. Одна з можливих
причин полягає в тому, що перші ящеротазові динозаври були швидко бігаючими
двоногими хижаками, і обмін речовин у них був досить інтенсивний. Щоб забезпечити
достатній приплив кисню до тканин, ящеротазовим динозаврам було вигідно
зменшити розмір своїх еритроцитів (щоб збільшити відношення поверхні
еритроцитів до їх об’єму). Зменшення геному мало сприяти цьому. Як відомо,
ссавці вирішили цю проблему більш радикально: еритроцити у них взагалі не
містять ні ядер, ні геному. Динозаври пішли іншим шляхом, відмовившись від
значної частини генетичного «баласту».
Слайд 6. Сучасні дослідження доводять, що між розміром геному і польотом все-таки є
тісний зв'язок. Про це свідчать дві обставини. По-перше, у нелітаючих птахів
(таких як страуси) геном більший, ніж у літаючих. Вважають, що втрата здатності
до польоту привела до того, що всілякі мобільні елементи знову «розплодилися» в
геномі нелітаючих птахів. По-друге, у єдиних літаючих ссавців - кажанів геном
менший, ніж у інших ссавців. Також, доказом цих закономірностей є
вивчення геномів соколів в рамках вище зазначеної роботи, яке свідчить, що ці
надзвичайно активні птахи пройшли ще більш жорсткий відбір на зменшення розміру
геному.
Слайд 7. Геном невеликий з кількох причин. Перш за все, в ньому
мало повторюваних елементів, всього 4-10%, в той час як у ссавців їх частка
становить від 34 до 52%. Збережені пташині повтори істотно коротші, ніж у інших
наземних хребетних.
Птахи
вкоротили інтрони, і в результаті довжина генів, що кодують білки, у них на 50%
і 27% менша, ніж у ссавців і рептилій відповідно. Дослідники припустили, що
конденсований геном дозволяє швидше регулювати роботу генів, що вигідно під час
керованого польоту.
Геном також
скорочувався в результаті безлічі великих і маленьких делецій (втрати
фрагментів або видалення окремих нуклеотидів). Утворення протяжних делецій
призвело до фрагментації хромосом, через яку геном птахів рясніє
мікрохромосомами, що є його характерною
особливістю. Тому зменшення геному у птахів є своєрідною адаптацією до польоту.
З геному була викинута значна частина некодуючих і повторюваних ділянок,
зокрема багато мобільних генетичних елементів. Функції цих фрагментів геному
поки не ясні. Можливо, вони не зовсім марні, однак очевидно, що без більшої їх
частини цілком можна обійтися. Слайд 8. Для птахів і літаючих
ссавців було найважливіше максимально полегшити своє тіло і оптимізувати обмін
речовин. Загалом, літаючим хребетним зменшення ваги тіла дає адаптивну
перевагу. Наявність в кожній клітині сотень мільйонів «зайвих» пар нуклеотидів
було б для них недозволеною розкішшю: адже всі ці кілометри ДНК потрібно ще й
обслуговувати - певним чином упаковувати, репарувати (тобто ремонтувати при
виникненні різних поломок), реплікувати (тобто копіювати перед кожним клітинним
поділом) - а для цього клітина повинна синтезувати і утримувати величезну
кількість різних білкових молекул, не кажучи вже про енергетичні витрати.
Слайд 9. "Зайва" ДНК присутня в кожній клітині і
вимагає для свого утримання і відтворення безлічі "зайвих" білків, що
проявляється в позитивній кореляції між розміром геному і розміром клітини.
Тому відбір сприяв втраті "сміттєвої ДНК" (junk-DNA) літаючих хребетних, що й призвело до скорочення геному.
Компактний
геном з малою кількістю повторів, низькою активністю мобільних елементів і мікрохромосоми
сформувався ще у предків птахів і перебуває в такому стані більше 100 млн
років.
Слайд 10. Таким чином, на основі вище зазначеного наша команда
дійшла висновку, що між розміром геному і здатністю до польоту є тісна кореляція. Політ за своєю суттю -
дуже складний процес. З часів безхребетних політ еволюціонував тричі: в кажанів,
в птахів і в птеродактилів. Зменшення розміру геному
відбулось насамперед завдяки скороченню числа некодуючих послідовностей, таких
як інтрони, псевдогени, сателітна ДНК, мобільні елементи
тощо. Така закономірність у різних систематичних групах є свідченням того, що для
складних завдань існує обмежена кількість еволюційних рішень.
Слайд 11. Доповідь завершено. Дякую за увагу!
Немає коментарів:
Дописати коментар