Почему певчие птицы так разнообразны, а их песни – прекрасны и удивительны? Может быть, этими эволюционными достижениями они обязаны одной необычной особенности своего генома? История открытия, рассказанная в новом выпуске журнала «НАУКА из первых рук», началась с курьеза.

Два десятилетия назад у аргентинской зебровой амадины, птицы из отряда воробьинообразных, в половых клетках была обнаружена «лишняя» хромосома. Сегодня, благодаря работам российских генетиков, это исключение превратилось в правило – для певчих птиц.

Хромосомы представляют собой структуры из ДНК и белков, служащие для хранения, реализации и передачи наследственной информации. В обычных (соматических) клетках организма они обязательно встречаются парами – одну из них мы получаем от матери, другую от отца. А мужские и женские гаметы несут, соответственно, половинное число все тех же хромосом.

Однако у небольшой певчей птицы – аргентинской зебровой амадины, в 1998 г. в половых клетках была найдена лишняя крупная макрохромосома, которая отсутствовала в соматических клетках. Эту хромосому так и назвали: хромосома половых клеток (ХПК). Она присутствовала в клеточных предшественниках яйцеклеток и сперматозоидов, но в при последующем клеточном делении самцы ее теряли. В 2014 г. эта «исключительная» хромосома была найдена у японской амадины, близкой родственницы зебровой, что не помешало ей остаться в длинном списке биологических исключений.

В 2015 г. новосибирские генетики случайно обнаружили ХПК еще у одной певчей птицы – ласточки-береговушки. А затем, уже в результате целенаправленного поиска – у бледной береговушки, деревенской ласточки, мухоловки, щегла… ХПК была обнаружена у 16 видов птиц из 9 семейств подотряда певчих птиц, включая амадин. При этом исследователи не нашли ХПК ни у одного из 10 других видов, принадлежащим 5 другим отрядам. Следовательно, ХПК уже была у общего предка певчих птиц около 35 млн лет назад, либо около 50 млн лет назад у общего предка всех воробьиноообразных. Но что с ней происходило в течение этого времени?

Используя молекулярные ДНК-зонды к ХПК и «расшифровав» последовательности ХПК, выброшенные из мужских половых клеток, генетики смогли сравнить их генетическое содержания у разных видов и реконструировать примерный сценарий возникновения и эволюции этой исключительной хромосомы. Предположительно, она впервые появилась у предка певчих птиц в результате «удвоения» дупликации одной из микрохромосом. При этом в ней случайно оказались гены, полезные для развития и функции половых клеток, и эта мутация была подхвачена естественным отбором. Затем в ХПК переносились копии различных генов и повторов ДНК c других хромосом и самой ХПК. Процесс этот в разных «родословных» линиях птиц происходил по-разному: в некоторых хромосома увеличивалась в размерах, а в некоторых, напротив, укорачивалась.

Сегодня остается открытым вопрос: как повлияла ХПК на видообразование у певчих птиц? Как известно, драйверами эволюции у животных являются мобильные генетические элементы, которые и новые гены формируют, и регуляцию старых меняют, и хромосомы перестраивают. В этом смысле по сравнению с млекопитающими геном птиц достаточно консервативен: чтобы научиться летать, им пришлось пожертвовать большей частью мобильных генетических элементов. Может быть, большое разнообразие ХПК у разных видов певчих птиц говорит о том, что именно она стала «точкой приложения» генетической изменчивости, не затрагивая основной геном. Но даже если ХПК и стала основой стремительного видообразования среди певчих воробьинообразных птиц и каким-то образом оказалась причастна к эволюции их певческой способности, то как она это сделала, пока неизвестно.

Примечательно, что к заключению о том, что ХПК широко распространена среди певчих птиц, практически одновременно пришли три независимые исследовательские группы, работавшие на разном материале. Но российские генетики оказались первыми: в июне 2019 г., ровно через 4 года после «первой ласточки» их статья была напечатана в одном из ведущих международных журналов Proceedings of the National Academy of Sciences, а ее анонс вместе с фотографией красногрудой певчей птицы – снегиря, украсил его обложку.

Подробнее о «приключениях» новосибирских генетиков в поисках «певчей» хромосомы читайте в журнале «НАУКА из первых рук», 2019, № 3(83).

Источники

Открытие «певчей» хромосомы
Наука из первых рук (scfh.ru), 20/08/2019

Похожие новости

  • 03/11/2017

    ​​В ИЦиГ СО РАН прошли переговоры о сотрудничестве с Академией сельскохозяйственных наук Китая

    1 ноября ФИЦ "Институт цитологии и генетики СО РАН" посетила делегация представителей китайской науки и бизнеса. Главная цель визита - заключение соглашения о сотрудничестве, в рамках которого должны быть созданы два совместных селекционно-семеноводческих центра, один в Новосибирске (на базе ФИЦ ИЦиГ СО РАН), второй - в Пекине (Институт овощеводства и цветоводства).
    1100
  • 20/02/2018

    Книга про эксперимент по доместикации лисиц удостоена престижной международной премии

    ​Совместная работа Людмилы Трут (ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН) и американского исследователя Ли Дугаткина была удостоена премии, которую считают аналогом "Оскара" в области научно-популярной литературы.
    1139
  • 19/09/2016

    Михаил Федорук: наше сотрудничество с Таиландом развивается с хорошей динамикой

    ​Исследовательский центр продовольственной безопасности (НГУ) и Школа биоресурсов и технологий Технологического университета им. Короля Монгкута Тонбури (Таиланд) уже осуществляют ряд совместных проектов.
    1825
  • 20/06/2018

    Возможные перспективы Академгородка 2.0

    ​Ведущие ученые СО РАН продолжили обсуждение проектов развития научной инфраструктуры Новосибирского научного центра. Новосибирский институт органической химии им. Н.Н. Ворожцова СО РАН выступил инициатором проекта «Сибирский центр малотоннажной химии».
    994
  • 07/06/2019

    АлтГУ и ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН развивают сотрудничество

    Опорный Алтайский государственный университет с визитом посетила делегация Федерального исследовательского центра Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук во главе с директором ФИЦ «ИЦиГ СО РАН», членом-корреспондентом РАН, д.
    530
  • 11/09/2018

    В Новосибирске биологи обсудят метод, изменяющий реальность

    ​В технопарке новосибирского Академгородка открылся международный конгресс «CRISPR—2018», посвященный этому методу геномного редактирования. На конгресс съехалось около 360 ученых из США, Франции, Германии, Северной Кореи, Турции, Казахстана, Беларуси и 16 городов России, включая Москву и Санкт-Петербург.
    755
  • 06/09/2016

    Бельгийский ученый выступит в Новосибирске с лекцией о вкладе геномных технологий в селекцию животных

    ​Приглашаем на лекцию ученого мирового уровня, профессора генетики и геномики факультета ветеринарной медицины университета г. Льеж, Бельгия, Мишеля Жоржа The impact of genomics in animal breeding (Вклад геномных технологий в селекцию животных).
    1853
  • 10/08/2018

    Ученые установили, что боли в спине связаны с генами и депрессией

    Коллектив ученых из России (Институт цитологии и генетики СО РАН и Новосибирский государственный университет), Великобритании, США и Нидерландов провел масштабное полногеномное исследование ассоциаций болей в пояснице и различных других состояний.
    689
  • 05/07/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция по высокопроизводительному секвенированию в геномике

    ​​Ученые из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН представили новые методы, использующие NGS секвенирование, уникальные для нашей страны, на II Всероссийской конференции "Высокопроизводительное секвенирование в геномике", прошедшей в новосибирском Академгородке.
    1767
  • 12/10/2016

    АлтГУ и ИЦиГ СО РАН развивают сотрудничество

    ​Алтайский государственный университет совместно с Федеральным исследовательским центром Институтом цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук приступает к реализации научно-образовательного проекта по селекции и семеноводству.
    2114