Strona główna > biologia, ewolucja, nauka > Hydra, sfinks i inne potwory, czyli nowe geny muchy

Hydra, sfinks i inne potwory, czyli nowe geny muchy

Gatunki różnią się od siebie między innymi liczbą genów. Zatem naukowcy szukają takich genów, które pojawiły się stosunkowo niedawno, i próbują ustalić, skąd się wzięły i jak ewoluowały. Nowe geny mogą powstawać na kilka sposobów (Long i in. 2003):

  • przez duplikację – nowa kopia zaczyna pełnić nową funkcję, a wyjściowa zachowuje starą. Duplikacji może też ulec fragment chromosomu zawierający więcej genów, lub nawet cały genom.

  • przez tasowanie egzonów (exon shuffling) – nowe geny powstają w wyniku rekombinacji łączącej ze sobą egzony, które do tej pory znajdowały się w różnych genach, czasem zaś egzony ulegają duplikacji zmieniając w ten sposób sekwencję białka.

  • przez retrotranspozycję – nowy gen powstaje przez odwrotną transkrypcję mRNA starego genu i umieszczenie tej sekwencji w innym miejscu genomu. Nowa kopia musi trafić w okolice sekwencji, które posłużą jako sekwencje regulatorowe, żeby zacząć działać. Czasem może też wykorzystać fragment sekwencji kodującej genu, który znajdował się w miejscu docelowym.

  • przez integrację elementów ruchomych (np. sekwencji Alu) do sekwencji już istniejącego genu.

  • przez poziomy transfer genów – bakterie różnych gatunków mogą przekazywać sobie geny. Takie zjawisko obserwowano też kilkakrotnie u roślin i pierwotniaków. Czasem ten proces także odbywa się z udziałem elementów ruchomych.

  • przez fuzję i podział genów – dwa sąsiadujące geny mogą skleić się w jeden, kiedy np. mutacji (lub delecji) ulegnie kodon stop i sygnał do terminacji transkrypcji pierwszego genu. Mechanizm podziału genu na dwa nie został jeszcze poznany.

  • przez powstawanie od nowa z sekwencji niekodujących.

  • i oczywiście przez kombinację tych mechanizmów.

U muszek z rodzaju Drosophila znaleziono kilka genów, które powstały stosunkowo niedawno. Często ich budowa pozwala na wysnucie wniosków na temat ich pochodzenia i ewolucji.

W PLoS Genetics ukazał się artykuł o ewolucji genu hydra u muszek z rodzaju Drosophila. Gen ten pojawił się w jednej z linii rodowych muszek (tej, do której należy D. melanogaster, D. simulans, D. yakuba czy D. erecta) mniej niż 13 milionów lat temu. Jak dotąd ani w genomie Drosophila z innych grup, ani u innych owadów nie znaleziono białek o podobnych do niego sekwencjach. Trudno powiedzieć, w jaki sposób powstał, jednak na podstawie braku podobieństwa do znanych białek badacze zaproponowali, że wyewoluował od nowa z sekwencji niekodującej. Badania rejonu chromosomu X, w którym znajduje się ten gen, pokazały, że w linii rodowej grupy melanogaster między dwoma genami występującymi u wszystkich zbadanych muszek pojawiło się dodatkowe kilka tys. par zasad obejmujące hydrę. U D. melanogaster na ich końcach znajdują się sekwencje repetytywne, z których jedna to transpozon DINE-1. Być może więc za insercję sekwencji, z której powstała hydra, odpowiadają jakieś elementy ruchome. Na pewno odegrały rolę w jej ewolucji. U różnych gatunków muszek przebiegała ona inaczej. U wspólnego przodka D. simulans i D. sechellia nastąpiła duplikacja egzonu 1. U D. simulans zaszła też duplikacja całego genu. Zapewne u D. sechellia również nastąpiła duplikacja prowadząca do powstania dwóch lub trzech kopii genu, być może także z przeniesieniem w inne miejsce, ale ponieważ dane na temat genomu tej muchy są mniej dokładne, potrzeba dalszych badań, żeby stwierdzić to z całą pewnością. Z kolei u D. melanogaster wydarzyło się coś, co spowodowało, że naukowcy zaproponowali nazwę hydra dla tego genu. U muszki owocowej gen ten ma 9 wersji egzonu 1. Większości z nich towarzyszą fragmenty sekwencji DINE-1, podobnie, jak zduplikowanym egzonom 1 pozostałych muszek. Wydaje się jednak, że duplikacja egzonu 1 nie została spowodowana jego transpozycją wraz z DINE-1, ale raczej nierównomiernym crossing-over, które ułatwiała obecność DINE-1. Naukowcy odnotowali również, że poziom ekspresji hydry, zachodzącej w jądrach muszek, znacznie się różni między badanymi gatunkami – u D. melanogaster jest około 20 razy niższy, niż u D. simulans. Hydra pokazuje, jak szybko może zachodzić ewolucja nowego genu, zarówno pod względem budowy, jak i pod względem poziomu ekspresji.

Innym nowym genem o mitologicznej nazwie jest sfinks. To gen kodujący RNA, który pojawił się w linii rodowej D. melanogaster ok. 2 milionów lat temu, już po oddzieleniu się siostrzanych gatunków muszek (D. mauritiana, simulans i sechellia), co nastąpiło 2,5-3 mln lat temu. Drugi egzon sfinksa jest homologiem genu kodującego łańcuch F syntazy ATP, jednak różni się od niego dwoma cechami, które wskazują, że powstał w wyniku retrotranspozycji – nie ma intronów, które występują w genie-przodku, a ponadto można w nim znaleźć krótki ciąg adenin, który jest śladem po ogonie poli-A wyjściowego mRNA. Towarzyszy mu transpozon DNA oznaczany jako S. Element S mógł się znajdować w tym miejscu genomu wcześniej, przed retrotranspozycją sekwencji syntazy ATP, ale równie dobrze jej insercja w element S mogła nastąpić w innym miejscu genomu, a dopiero później transpozon S wskoczył tam, gdzie znajduje się teraz. Trzecia hipoteza mówi, że kawałek transpozonu S uległ transkrypcji razem z syntazą ATP i razem uległy retrotranspozycji. Za tą ostatnią hipotezą przemawia fakt, że S i retro-syntazę flankują krótkie sekwencje repetytywne. Następnie zmutowany fragment sekwencji S stał się sygnałem do splicingu, i w ten sposób umożliwił włączenie do genu sfinks pobliskiego intronu i egzonu, a także ich sekwencji regulatorowych. RNA kodowane przez ten gen podlega alternatywnemu splicingowi w zależności od płci muszki i fazy rozwoju. Sfinks jest przykładem na to, że tasowanie egzonów i retrotranspozycja mogą tworzyć także geny kodujące RNA.

Inne przykłady nowych genów muchy można znaleźć tu. Autorzy opisują pięć genów D. melanogaster, które powstały w ciągu ostatnich 2-5 milionów lat z niekodującego DNA. Dla wszystkich znaleziono podobne sekwencje, które opisane są jako introny lub sekwencje międzygenowe. Większość nowych genów powstała przez duplikację fragmentów chromosomów. Co ciekawe, cztery nowe geny znajdują się na chromosomie X, tak jak hydra, i tak samo jak ona ulegają ekspresji głównie w jądrach. Także dla nieco dalej spokrewnionych muszek opisano nowe geny, które również dość często znajdują się na chromosomie X i ulegają ekspresji w jądrach. Takie nagromadzenie sprzężonych z X nowości, które ulegają ekspresji w jądrach, może być związane ze zwiększoną transkrypcją chromosomu X u samców muszek, która służy kompensacji dawki genów między płciami (u much, podobnie, jak u ssaków, samce mają jeden chromosom płciowy X, a samice dwa, jednak i determinacja płci, i wyrównywanie ilości produktów chromosomu X między płciami wygląda nieco inaczej).

Oczywiście należy pamiętać o tym, że od czasu do czasu powstają nowe geny, a znikają stare, i dzieje się tak nie tylko u much. Bilans zysków i strat w ewolucji ludzi i szympansów od czasu naszego rozstania wspominałam już wcześniej.

Kategorie:biologia, ewolucja, nauka Tags:
  1. Brak komentarzy.
  1. Listopad 15, 2007 o 8:48 pm

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d bloggers like this: