Международная команда биологов опровергла распространённое мнение о том, что простое строение организма обязательно связано с примитивностью его генетических механизмов. Благодаря созданию подробной карты генома морской анемоны учёные обнаружили, что её регуляторная сеть по сложности и архитектуре сопоставима с системами управления генами у дрозофилы и млекопитающих.

Морская анемона: древний родственник с неожиданно сложной генетикой

Морская анемона Nematostella vectensis отделилась от эволюционной линии человека более полумиллиарда лет назад. Внешне она напоминает простой мешок с щупальцами, что долгое время заставляло предполагать, будто и её система регуляции генома у общих предков была устроена крайне элементарно. Биологи считали, что сложные механизмы, позволяющие одной и той же ДНК создавать множество различных типов клеток, появились значительно позже — параллельно с развитием глаз, конечностей и мозга.

Как исследовали генетическую сложность

Чтобы проверить эти предположения, авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Ecology & Evolution, не ограничились чтением последовательности ДНК. Они изучили физическое состояние генетического материала в 60 000 отдельных клетках, используя метод scATAC-seq. Этот подход позволяет выявлять участки хроматина, где ДНК «расплетена» и доступна для связывания регуляторных белков. Таким образом, учёные фактически заглянули в ядро каждой клетки, чтобы увидеть, какие именно инструкции в данный момент активны.

Неожиданные открытия в регуляторных сетях

Анализ выявил более 112 тысяч регуляторных элементов — энхансеров и промоторов, что сопоставимо с масштабами у организмов с гораздо более сложной анатомией. Это говорит о том, что принципы работы этой системы, включая использование удалённых усилителей для активации генов, сформировались уже на ранних этапах эволюции животных.

Новые данные об эволюции тканей

Детальное картирование принесло и неожиданные открытия в области эволюции тканей. Оказалось, что мускулатура щупалец и тела анемоны управляется совершенно разными генными сетями, что указывает на их независимое происхождение. Кроме того, регуляторный профиль части нейронов оказался подозрительно похож на профиль клеток пищеварительной системы, что подтверждает гипотезу о связи нервной системы с древними механизмами пищеварения. Единственным важным отличием от высших животных стало отсутствие в промоторах специфических последовательностей (TATA-боксов), которые у нас отвечают за тонкую настройку работы генов.

Значение исследования

Результаты работы доказывают, что генетический «инструментарий» для создания сложной жизни был готов задолго до кембрийского взрыва. Эволюция не изобретала принципы регуляции заново для человека или насекомых, а использовала и совершенствовала архитектуру, возникшую более 600 миллионов лет назад.