CRISPR помогает ученым точно определить гены, которые, возможно, привели к потере хвоста около 25 миллионов лет назад.
Это было непреходящей эволюционной загадкой со времен Чарльза Дарвина: когда люди потеряли хвосты? Все человекообразные обезьяны, включая людей и шимпанзе, – это приматы, у которых нет длинных хвостов, как у лемуров и других наших обезьян родственников. Благодаря некоторым достижениям в технологии редактирования генов был обнаружен новый ключ к разгадке потери хвоста у обезьян. Согласно исследованию, опубликованному 28 февраля в журнале Nature, генетическое отклонение у наших древних предков произошло около 25 миллионов лет назад.
Потеря хвоста у человекообразных обезьян началась, когда группа отделилась от обезьян между 20 и 25 миллионами лет назад. После этого эволюционного разделения у человекообразных обезьян сформировалось меньшее количество хвостовых позвонков. Это сформировало наш копчик - или копчиковую кость.
Хотя причина, по которой обезьяны в первую очередь лишились хвостов, неясна, некоторые ученые, у которых не было хвоста, возможно, лучше подходили для вертикального тела, живущего на земле. Хвостатые приматы обычно используют эти отростки, которые помогают им свисать с ветвей деревьев и передвигаться по ним горизонтально. Гиббоны и орангутанги - бесхвостые обезьяны, которые все еще живут на деревьях, но они двигаются иначе, чем обезьяны, у которых есть хвосты и они свисают с ветвей.
Предыдущие исследования связали более 100 генов с развитием хвостов у позвоночных, поэтому принято считать, что потеря хвоста произошла в результате изменений в коде ДНК - или мутаций – более чем в одном гене.
Прыгающие гены
В новом исследовании группа исследователей сравнила ДНК шести видов человекообразных обезьян, включая людей, и 15 видов обезьян. Они обнаружили вставку ДНК, которая является общей у человекообразных обезьян и человека, но отсутствует у обезьян. Он локализован в гене под названием TBXT, который, как известно, влияет на длину хвоста животного.
Как только они точно определили эту мутацию, они использовали CRISPR для редактирования того же места в гене мышиных эмбрионов в лаборатории. Мыши с измененными генами TBXT родились с различными хвостовыми эффектами, в том числе некоторые вообще без хвостов.
Интересно, что различия в исходах хвостов были вызваны не только мутациями в генах TBXT. ДНК представляет собой витую лестницу или двойную спираль, состоящую из пучков разных генов с различными функциями. ДНК позволяет животным эволюционировать с изменениями в генах, но некоторые изменения происходят только на одной ступени витой лестницы ДНК. Другие изменения более сложны и происходят на нескольких ступенях. Эти элементы Alu представляют собой повторяющиеся последовательности ДНК, которые могут создавать фрагменты РНК, которые затем могут превратиться обратно в ДНК. Как только они снова переключаются на ДНК, они случайным образом встраиваются в геном. Эти типы “прыгающих генов” могут затем нарушать или усиливать функцию гена, когда он встраивается.
По мнению команды, любое преимущество потери хвоста, должно быть, было очень значительным. Гены часто могут влиять более чем на одну функцию организма, изменения, которые приносят преимущество в одной области, могут оказаться пагубными где-то в другом месте. Команда действительно обнаружила небольшое увеличение дефектов нервной трубки у мышей, которым они внедрили ген TBXT.
Будущие исследования могут проверить теорию о том, что древний эволюционно-генетический компромисс в виде потери хвоста способствовал врожденным дефектам нервной трубки. К таким дефектам относится расщелина позвоночника, которая наблюдается примерно у одного из 1000 человеческих младенцев.
