Несмотря на то, что два вида червей отделились от общего предка 20 миллионов лет назад, учёные обнаружили, что они сохранили заметное сходство в структуре генов.
Методы исследования
Исследование, опубликованное в журнале Science, использовало методы секвенирования РНК для сравнения экспрессии генов у двух отдельных видов прозрачных круглых червей: Caenorhabditis elegans и Caenorhabditis briggsae.
Когда черви полностью вырастают, их длина составляет около миллиметра, и они состоят примерно из 550 клеток. Это позволяет исследователям наблюдать за развитием их клеток в реальном времени.
Используя метод, называемый секвенированием РНК отдельных клеток, исследователи отслеживали эмбрионы червей в течение примерно 12 часов, наблюдая за развитием червя от эмбриона из 28 клеток до практически его окончательной формы.
Результаты исследования
Целью исследования было выяснить, какие изменения в экспрессии генов произошли за 20 миллионов лет эволюции. Однако исследователи обнаружили, что у червей практически идентичные типы клеток и планы строения тела.
«Я был удивлён, насколько всё совпало», — говорит соавтор статьи доктор Роберт Уотерстон, профессор геномных наук в Медицинской школе Вашингтонского университета.
«Это было просто замечательно, учитывая эволюционное расстояние между ними, что мы наблюдаем такую согласованность в паттернах экспрессии генов».
Хотя большая часть экспрессии генов была одинаковой, между двумя видами были обнаружены некоторые изменения и расхождения. Исследователи обнаружили, что эти изменения чаще всего встречаются в клетках со специализированными функциями.
«Если ген широко экспрессируется во многих типах клеток по всему организму, может быть трудно изменить экспрессию», — говорит Уотерстон.
Например, специализированные клетки, такие как те, которые реагируют на окружающую среду червя, с большей вероятностью будут различаться, тогда как клетки, участвующие в основных функциях, например, в мышцах, оставались неизменными.
«Гены, связанные с функциями нейронов, например, по-видимому, расходятся быстрее», — говорит Кристофер Лардж, ведущий автор исследования из Университета Пенсильвании.
«Возможно, потому, что необходимы были изменения для адаптации к новым условиям среды, но пока это только предположение».
Значение исследования
Метод исследования, сравнивающий весь геном двух видов, помогает учёным начать понимать, как паттерны экспрессии генов изменяются в ходе эволюции, что до сих пор остаётся в основном неизвестным.
«Мы изучаем эволюцию развития с 1970-х годов», — говорит доктор Джунъён Ким, соавтор исследования из Института генома Пенсильвании.
«Но это первый раз, когда мы смогли сравнить развитие в каждой отдельной клетке двух разных организмов».
Два вида червей имеют примерно 20 000 генов, общих с другими организмами, такими как люди, что открывает двери для будущих исследований.
«Трудно сказать, были ли какие-либо из наблюдаемых нами различий результатом эволюционной адаптации или просто результатом генетического дрейфа, когда изменения происходят случайным образом», — говорит доктор Джон Айзек Мюррей, доцент кафедры генетики в Медицинской школе Перельмана в Пенсильвании.
«Но такой подход позволит нам исследовать многие нерешённые вопросы об эволюции».