Потеря генов оказалась полезной для эволюции животных
Отключенные гены долго считали биологическим мусором, однако обзор в журнале Innovation Life показывает, что их утрата иногда помогала животным приспосабливаться к окружающей среде. Авторы исследования Жань Тянь из Нанкинского педагогического университета и Линь Чжан из Хубэйского университета традиционной китайской медицины обобщили опубликованные данные о рыбах, лягушках, птицах и млекопитающих.
Что значит «утраченный ген»
Ген может перестать работать из-за преждевременного стоп-кодона или выпадения участка ДНК. Оставшийся фрагмент называют псевдогеном. У человека их около 14 тысяч. Ген считают утраченным, если мутации затронули несколько его кодирующих участков, а неповрежденной осталась менее 60% последовательности.
Меньше тревоги, меньше воспаления
Ген TLR5 отвечает за распознавание флагеллина — белка бактериальных жгутиков. У тюленей и китайского речного дельфина (Байцзи) он отключен. Возможно, это помогает избежать чрезмерного воспаления в среде, где много бактерий. У рыбок данио с отключенным аналогом гена воспаление было слабее, а после заражения выживало больше особей. TLR5 также не работает у морских свинок, панголинов и некоторых воробьиных птиц, но причины этого пока неясны.
Птицы независимо теряли ген RIG-I, распознающий вирусы, как минимум 16 раз. Это выяснили при анализе 150 геномов. Куры с восстановленной рабочей копией гена переносили инфекцию хуже: среди них погибло больше особей. Авторы предполагают, что утрата RIG-I защищает от чрезмерного воспаления.
Меньше тревоги, меньше воспаления
У голого и слепого землекопов повреждены пять генов, связанных со зрением и работой сетчатки. Их глаза сильно редуцированы. Среди 220 видов млекопитающих нашли 53 утратившие функцию копии одного светочувствительного гена и 12 — другого, в том числе у гладкого кита. У зубатых китов нарушена работа восьми генов, связанных с обонянием. Возможно, это связано с развитием эхолокации. Тюлени и морские львы тоже утратили значительную часть генов обонятельных рецепторов.
У морских млекопитающих отключены некоторые гены, отвечающие за рост волос и работу сальных желез. Десять генов, связанных с кожей, одновременно утратили функцию у бегемотов, китов и дельфинов.
Еда и энергия
Кошки не чувствуют сладкий вкус, поскольку необходимый для этого ген отключен у всего семейства кошачьих. Морские львы, проглатывающие добычу целиком, утратили гены восприятия сладкого и умами. У панд поврежден ген рецептора умами, что, возможно, облегчило переход на питание бамбуком. Мутации в гене DUOX2 могут снижать выработку гормонов щитовидной железы и расход энергии, что полезно при скудном рационе.
У колибри все наоборот. Зависание в воздухе требует огромных затрат энергии, а обмен веществ у этих птиц исключительно быстрый. При этом у них нет рабочей копии гена FBP2. Когда исследователи снизили активность этого гена в клетках птичьих мышц, те стали быстрее расходовать сахар и производить больше митохондрий — «электростанций» клетки.
Псевдогены и болезни человека
Некоторые псевдогены производят РНК, регулирующую работу других генов. PTENP1 помогает гену PTEN сдерживать рост раковых клеток. HBBP1 может смягчать течение бета-талассемии. А TDGF1P3, напротив, способствует росту клеток рака толстой кишки. Таким образом, одни псевдогены защищают от болезней, а другие могут усугублять их.
Пока неясно и то, участвует ли РНК псевдогенов в приспособлении других позвоночных. Кроме того, многие дикие виды трудно изучать в лабораторных условиях. Помочь могут секвенирование длинных молекул РНК и технология CRISPR. С их помощью можно изменить ген, например добавить или убрать стоп-кодон, и проверить последствия. Авторы считают, что теперь важно не просто составлять списки утраченных генов, а выяснять, как каждая потеря влияет на организм животного.
