Питон и кобра разкриха генетичните тайни на змиите

Тигров питон и кралска кобра станаха първите змии, чийто геном е разчетен изцяло.

Това позволило не само да се разгледат частните им генетични особености, но и да се оценят скоростта и характерът на генетичната еволюция на тези групи влечуги в сравнение с други гръбначни.

Зоолозите отдавна използват постиженията на молекулярната биология за свои цели. Например за роднинско-еволюционните връзки между групи животни е много по-лесно да се съди, като имаш в ръцете си генетичната последователност.

Но в този смисъл различните животни имат различен късмет и ето че редът на змиите дошъл едва сега. Едновременно две големи изследователски групи са публикували резултатите от анализа на генома на кралската кобра и тигровия питон. Тези видове са първите змии с напълно секвенирана ДНК.

Разбира се, изследователите се заели с това не просто така, а за да разберат как на генетично ниво се отразява този доста своеобразен външен вид и начин на живот, който водят двете влечуги. С генетичен анализ може не само да се изясни що за молекулярни механизми стоят зад една или друга особеност на змиите, но и как тези същества, дето се казва, са такива в живота. Тоест какви еволюционни изменения са се случили с тях.

Тод Састоу и колегите му от Тексаския университет в Остин изследвали тъмния тигров питон, който обитава Югоизточна Азия и в последно време е станал инвазивен вид в южните щати на САЩ. Изследователите не само разчели неговата ДНК, но и сравнили активността на питонските гени в сърцето, черния дроб, бъбреците и тънките черва преди и след хранете – един и четири дни след храна.

В сп. PNAS зоолозите съобщават, че измененията в активността на гените на питона са били учудващо мащабни – храната карала да работят различно буквално половината гени и тези изменения се случвали в продължение на 48 часа. В резултат метаболизмът на питона се ускорявал 40 пъти, а вътрешните му органи (стомах, бъбреци, черен дроб) за три дни се увеличили тройно по размер.

Колкото до кобрата, с която се били заели Николас Кейсуел и колегите му от университета в Бангор (Великобритания), то тук учените се интересували на първо място от отровността на змията, нейното умение да създава отровна смес от 73 пептиди и белтъци. Както пишат авторите в същия брой на PNAS, в производството на отрова при кобрите са задействани 20 семейства гени. Любопитно е, че гените, които работят в отровните жлези, имат двойници в други части на влечугото.

В хода на еволюцията „отровните” гени са получили допълнителни копия и често не едно, и тези копия са можели да мутират, като усложняват още повече отровата.

В хода на еволюцията отровните змии са принудени постоянно да усъвършенстват отровата си, тъй като техните жертви едновременно стават по-устойчиви към токсините, с които ги тровят влечугите. Животът на змиите в буквален смисъл зависи от отровата, тъй като нищо освен нея змията не може да противопостави на противника и е ясно защо за тези цели са отделени толкова мащабни генетични ресурси.

Изследователите от двете групи са опитали заедно да сравнят помежду си геномите на питона и кобрата, както и да съпоставят резултата с ДНК на други гръбначни, включително с ДНК на единствения отровен вид бозайници – птицечовката.

За тази цел от двете змии избрали около 7500 гена, присъстващи в геномите им в едно копие. Както се очаквало, генетичните изменения в змиите вървели с огромна скорост, доста превишаваща показателите на други животни. Освен това количеството генетични модификации на змиите също било много голямо.

Формите на телата им, начинът на живот и прочие при змиите са толкова необичайни, че без мащабни генетични изменения, без силно пренастройване, които да им позволят да се приспособят към избраната ниша, те едва ли са щели да оцелеят.

Учените отбелязват, че много изменения са се заключавали не толкова в това как е протекло управлението на вече съществуващите гени, колкото в появата на нови. Смята се, че основният молекулярен инструмент на еволюцията е пренастройката на регулацията на гените, внасянето на изменения в регулаторните области, но не появата на нови кодиращи блокове.

Змиите обаче очевидно в този смисъл са изключение – поради склонността на техния геном да размножава копия на гени, които в бъдеще може да се изменят както искат.

Впрочем да се правят мащабни изводи за еволюцията на змиите само по два генома, вероятно е рано, затова самите изследователи предлагат да се чака появата на още десетина змийски генома, които да бъдат изследвани в близките две години.

Източник: ScienceNOW