Микрохромосомы беспозвоночных предков сформировали хромосомы позвоночных

13:24 08 Ноябрь Киев, Украина

Ученые из Австралии, Австрии и Испании пришли к выводу, что микрохромосомы являются строительными блоками хромосом у птиц, рептилий и млекопитающих, которые произошли от генома общего предка позвоночных и головохордовых животных, который жил не менее 684 миллионов лет назад. Это показывает сравнение хромосом и нуклеотидных последовательностей у представителей головохордового ланцетника, птиц, рептилий и млекопитающих, результаты которого обнародованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

Чем микрохромосомы отличаются от обычных?

Микрохромосомы, которые в несколько раз меньше обычных, сначала обнаружили в клетках птиц, где их доля оказалась в несколько раз больше доли крупных, макрохромосом. При рассмотрении их под микроскопом они были настолько разнообразными по размерам и удивительными в покраске, что даже иногда воспринимали за пылинки на стеклах. Но последующие исследования показали, что эти структуры обладают свойствами обычных макрохромосом. Например, у них есть центромеры и теломеры на концах, а при разделении ядра они так же отделяются.

Кроме птиц большое содержание подобных микрохромосом в клетках обнаружили и у пресмыкающихся, но их происхождение и функции точно неизвестны. Предполагают, что это могут быть фрагменты распада обычных хромосом, которые еще не могли существовать у предков тетрапод. Другая гипотеза говорит, что эти хромосомы сохранились от какой-то предковой группы животных. И действительно ученые нашли сходства между микрохромосомами и небольшими хромосомами беспозвоночных ланцетников, общий с позвоночными предок которых, от которого могут происходить и микрохромосомы, существовал 684 миллиона лет назад. Ученые из Университета Ла-Троба и Университета Нового Южного Уэльса вместе с коллегами из других австралийских вузов, Австрии и Испании решили узнать больше о происхождении малоизученных структур.

Что сделали для исследования микрохромосом?

Ученые провели сравнение геномов между семью видами птиц, десятью видами пресмыкающихся, тремя видами млекопитающих, включая человека, и ланцетником, принадлежащим к группе головохордовых. Для этого был применен комбинированный подход. Первоначально ученые провели цитогенетическое изучение, которое заключалось в визуальном анализе предварительно окрашенных хромосом в клетках с помощью флуоресцентной микроскопии . Затем дополнительно сравнили нуклеотидные последовательности, свойственные микрохромосомам, разыскивая подобные участки в геноме разных видов животных.

Каких результатов добились таким образом?

Микроскопическое исследование показало, что микрохромосомы окрашиваются хуже, по сравнению с макрохромосомами. Они также склонны занимать сгруппированное центральное положение в ядре клетки, что указывает на их физическое взаимодействие и, возможно, функциональное.

У пяти видов исследуемых птиц, двух которых разделяет 110 миллионов лет отдельной эволюции, все девять макрохромосом и микрохромосомы оказались очень сходными. Подобные микрохромосомы также обнаружили у представителей черепах и чешуйчатых, а 31 из них, вероятно, имелась и у их общего предка, жившего 300 миллионов лет назад. Что интересно, ученые обнаружили сильное сходство в нескольких участках между микрохромосомами изучаемых животных и небольшими хромосомами ланцетника. У млекопитающих микрохромосом не нашли, однако заметили их остатки.

Исследование показывает, что в процессе эволюции микрохромосомы могут исчезать. Например, в черепах, змеях и ящерицах некоторые из них сливались и формировали большие хромосомы или сочетались с таковыми. У яйцекладных млекопитающих, в этом случае у утконоса, четыре хромосомы оказались составленными из регионов, гомологичных микрохромосомам птиц. Это привело ученых к мнению, что крупные хромосомы млекопитающих, в частности человека, могли образоваться при множественном слиянии и разделении микрохромосом, что нарушило связи между ними и привело к накоплению мусорной ДНК. На то, что более «обычными» и предковыми следует считать именно микрохромосомы, указывает и то, что гены у последних расположены компактнее, у них меньше повторяющихся последовательностей, а показатель рекомбинации выше.