Oxfordská studie spojuje dávné zdvojení genů s evolucí mozku

Dvě události celogenomové duplikace, ke kterým došlo zhruba před 520 a 500 miliony let, poskytly genetický surový materiál, který obratlovcům umožnil vyvinout jejich složité mozky, uvádí výzkum publikovaný ve středu v časopise Nature.biology.ox+1

Studie vedená Oxfordskou univerzitou pomáhá vyřešit dlouhodobou debatu o tom, zda rozmanitost typů mozkových buněk vznikla z vzácných celogenomových duplikačních událostí, nebo z postupnějších, malých genetických změn. Porovnáním genové aktivity v jednotlivých mozkových buňkách u pěti druhů – lidí, myší, ještěrek, mihulí a kopinatců, což jsou jedni z nejbližších bezobratlých příbuzných obratlovců – tým rekonstruoval, jak se typy mozkových buněk vyvíjely v hluboké minulosti.phys+1

Genetická sada nástrojů pro mozkové buňky

Vědci zjistili, že mnoho hlavních rodin typů buněk v mozcích obratlovců vzniklo po duplikaci genomu u společného předka obratlovců zhruba před 520 miliony let, přičemž druhá duplikace zhruba před 500 miliony let na tomto základu stavěla.phys+1

„Naše zjištění odhalují, že dvě události genetického zdvojení byly základem pro umožnění evoluce složitých mozků,“ uvedl hlavní autor profesor Sebastian Shimeld z katedry biologie Oxfordské univerzity. „Zdvojením každého genu v genomu získala příroda surový materiál, který bylo možné využít k vytvoření nových typů mozkových buněk.“biology.ox+1

Páry genů zachované z těchto duplikací – známé jako „ohnology“ – se ukázaly jako neúměrně zapojené do definování odlišných typů mozkových buněk. Tyto geny byly pravděpodobněji aktivní v konkrétních mozkových buňkách než geny duplikované jinými mechanismy a byly obzvláště obohaceny o regulační role, které řídí, jak se různé typy buněk vyvíjejí a fungují.phys+1

Ne nové funkce, ale rozdělené

Namísto vyvinutí zcela nových funkcí si většina duplikovaných genů rozdělila role svého původního genu mezi sebou, což pomohlo doladit rozmanitost typů mozkových buněk. U jednodušších živočichů, jako jsou kopinatci, jsou klíčové regulační geny široce aktivní napříč buňkami; u obratlovců jsou duplikované verze těchto genů nasazeny v různých typech buněk, čímž se vytvářejí odlišné buněčné identity.biology.ox

Dopad těchto dávných událostí sahal daleko za hranice rané evoluce obratlovců. Tým ukázal, že geny z těchto duplikací pokračovaly v definování nových typů mozkových buněk – včetně těch v šedé hmotě mozečku – po stovky milionů let poté.phys+1

Trvalé dědictví

Spoluautor studie profesor Peter Holland zachytil rozsah zjištění: „Analýzy dat byly neuvěřitelně komplikované – velký dík patří doktorandovi Yuanzhen Zhu – ale závěr je jasný: nové mozkové buňky potřebovaly nové geny. A ne jen tak ledajaké geny – byly to ty extra geny zrozené náhodným zdvojením DNA ještě předtím, než první ryba zaplavala v moři.“biology.ox