Науковці з Австралії, Австрії та Іспанії дійшли висновку, що мікрохромосоми є будівельними блоками хромосом у птахів, рептилій та ссавців, які походять від геному спільного предка хребетних та головохордових тварин, що жив щонайменше 684 мільйони років тому. На це вказує порівняння хромосом та нуклеотидних послідовностей у представників головохордового ланцетника, птахів, рептилій та ссавців, результати якого оприлюднені в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Мікрохромосоми групуються в центрі ядра. Paul D. Waters et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021
Чим мікрохромосоми відрізняються від звичайних?
Мікрохромосоми, які в кілька разів менші за звичайні, спочатку виявили у клітинах птахів, де їхня частка виявилася у кілька разів більшою за частку великих, макрохромосом. При розгляданні їх під мікроскопом вони були настільки різноманітними за розмірами та дивними у фарбуванні, що їх навіть іноді сприймали за пилинки на скельцях. Але наступні дослідження показали, що ці структури мають властивості звичайних макрохромосом. Наприклад, у них наявна центромера та теломери на кінцях, а при поділі ядра вони так само відокремлюються.
Окрім птахів великий вміст подібних мікрохромосом у клітинах виявили і в плазунів, але їхні походження та функції достеменно невідомі. Припускають, що це можуть бути фрагменти розпаду звичайних хромосом, які ще могли існувати в предків тетрапод. Інша гіпотеза каже, що ці хромосоми збереглися такими від якоїсь предкової групи тварин. І насправді вчені знайшли подібності між мікрохромосомами та невеликими хромосомами безхребетних ланцетників, спільний із хребетними предок яких, від якого можуть походити й мікрохромосоми, існував аж 684 мільйони років тому. Науковці з Університету Ла-Троба та Університету Нового Південного Вельсу разом із колегами з інших австралійських вузів, Австрії та Іспанії вирішили дізнатися більше про походження маловивчених структур.
Що зробили для вивчення мікрохромосом?
Вчені провели порівняння геномів між сімома видами птахів, десятьма видами плазунів, трьома видами ссавців, включно з людиною, та ланцетником, що належить до групи головохордових. Для цього застосували комбінований підхід. Спочатку науковці провели цитогенетичне вивчення, яке полягало у візуальному аналізі попередньо пофарбованих хромосом у клітинах за допомогою флуоресцентної мікроскопії. Відтак додатково порівняли нуклеотидні послідовності, властиві мікрохромосомам, розшукуючи подібні ділянки в геномі різних видів тварин.
Яких результатів добилися таким чином?
Мікроскопічне вивчення вказало, що мікрохромосоми фарбуються гірше, у порівнянні з макрохромосомами. Вони також схильні займати згруповане центральне положення в ядрі клітини, що вказує на їхню фізичну взаємодію та, можливо, функціональну.
У п'яти видів досліджуваних птахів, двох яких розділяє аж 110 мільйонів років окремої еволюції, усі дев'ять макрохромосом та мікрохромосоми виявилися дуже подібними. Подібні мікрохромосоми також виявили у представників черепах та лускатих, а 31 з них, ймовірно, була наявна і в їхнього спільного предка, що жив 300 мільйонів років тому. Що цікаво, науковці виявили сильну подібність у кількох ділянках між мікрохромосомами досліджуваних тварин та невеликими хромосомами ланцетника. У ссавців мікрохромосом не знайшли, утім помітили їхні залишки.
Дослідження вказує, що в процесі еволюції мікрохромосоми можуть зникати. Наприклад, у черепах, змій та ящірок деякі з них зливалися та формували великі хромосоми або поєднувалися з такими. У яйцекладних ссавців, у цьому випадку в качкодзьоба, чотири хромосоми виявилися складеними із регіонів, що гомологічні мікрохромосомам птахів. Це навело вчених на думку, що великі хромосоми ссавців, зокрема людини, могли утворитися при множинному злитті та розділенні мікрохромосом, що порушило зв'язки між ними та призвело до накопичення сміттєвої ДНК. На те, що більш «звичайними» і предковими варто вважати саме мікрохромосоми вказує і те, що гени в останніх розташовані компактніше, у них менше повторюваних послідовностей, а показник рекомбінації вищий. Таким чином, можливо, що це саме складені з мікрохромосом сильно варіабельні макрохромосоми ссавців є нетиповими, а не маленькі хромосоми птахів та рептилій.