„Evo-devo” dziobów zięb
Według ewolucyjnej genetyki rozwoju, nazywanej pieszczotliwie „evo-devo”, większość biologicznych kształtów cechujących osobniki dorosłe można zaobserwować już podczas rozwoju embrionalnego (tj. przed narodzinami/wykluciem się), gdy ciało zwierzęcia nabiera kształtów. Klasycznym przykładem jest przejściowe pojawienie się skrzeli i ogonów u ludzi, które zanikają wraz z rozwojem organizmu. Te genetyczne programy rozwojowe są różne u różnych gatunków, co wynika z różnic w procesie regulacji genów, które są aktywne podczas rozwoju embrionalnego. U zięb Darwina różne kształty i rozmiary dziobów dają się zauważyć już w późnych stadiach embrionalnych. Wskazuje to na fakt, że morfologia dziobów jest zakodowana w genach i nie zależy od czynników środowiskowych (takich, jak sposób żywienia) po wylęgu. „Badaliśmy zięby Darwina z Wysp Galapagos, ponieważ są modelowym przykładem ewolucji poprzez dobór naturalny, a ich przetrwanie w dużym stopniu zależy od ich dziobów”, wyjaśnia dr Arkhat Abzhanov, koordynator projektu Finch Evo-Devo. Ewolucja modułowa Wcześniejsze, wykorzystujące modelowanie matematyczne, badania tej grupy naukowców wykazały, że kształty dziobów mogą być podzielone na trzy grupy. Rozmiary dziobów różnią się w każdej grupie, a grupy odróżnia krzywizna dziobów. „Wcześniej odkryliśmy, że podczas rozwoju embrionalnego gatunków z grupy A, trzy wymiary dziobów (długość, szerokość i głębokość) oraz dwie tkanki, które zapoczątkowują ich wzrost (tkanka chrzęstna i kostna) są regulowane niezależnie przez różne szlaki sygnalizacyjne”, tłumaczy dr Mariya Dobreva, która prowadziła badania. Skutkiem tego osobne moduły rozwojowe umożliwiają niezależną zmienność między nimi, co przekłada się na większą zmienność ogółem. Może to tłumaczyć niezwykłą różnorodność żywych organizmów na naszej planecie. Genomika plus – kiedy, gdzie i ile? Porównawcze sekwencjonowanie całego transkryptomu to tzw. genomika plus. Podczas gdy genomika dostarcza informacji o „przepisach” na tworzenie ciała, transkryptomika pokazuje nam, w jaki sposób te przepisy są realizowane, ujawniając szczegółowe informacje o tym gdzie i kiedy geny rozwojowe są aktywne. Zespół porównał skład mRNA w konkretnej tkance (w tym przypadku był to zawiązek dzioba) w trakcie procesu kształtowania się dzioba. Zespół projektu Finch Evo-Devo dokonuje obecnie walidacji podgrupy nowych genów. Przeprowadzane na zarodkach kurzych testy zyskiwania i utraty funkcji prowadzone przy użyciu genetycznie zmodyfikowanych wirusów przenoszących badany gen, pozwolą odkryć role tych genów w procesie morfogenezy dzioba. „Testy z wykorzystaniem zarodków kurzych mają na celu naśladowanie kształtu dzioba różnych zarodków zięb Darwina u kurcząt. Skuteczne naśladowanie tego kształtu po manipulacji przy pomocy konkretnego genu potwierdzi jego rolę w procesie morfogenezy dzioba”, mówi dr Dobreva. Znaczące wyniki Projekt Finch Evo-Devo z powodzeniem zoptymalizował nowy protokół do wykorzystania w przyszłych badaniach oraz zsekwencjonował transkryptom wszystkich trzech grup zięb Darwina. Różnice w ekspresji genów między gatunkami w połączeniu z wiedzą o sieciach genowych zapoczątkowały proces wyjaśniania złożonego mechanizmu regulacji kształtowania krzywizny dzioba. Dotychczas, przy pomocy hybrydyzacji in situ (analizy, która pomaga wykrywać dokładną lokalizację ekspresji genu w poszczególnych odcinkach embrionów zięb Darwina), zespół zweryfikował niektóre z najlepiej rokujących genów. Niezwykle udana wyprawa na Wyspy Galapagos skutkowała pozyskaniem wystarczającej ilości próbek zarodków, by pozwolić na ukończenie prac projektowych. Dr Dobreva reprezentowała zespół podczas konferencji międzynarodowych i krajowych, prowadziła szkolenia dla studentów oraz zespół prowadzący badania terenowe. W niedługim czasie rozpocznie ona prace nad publikacją wyników projektu Finch Evo-Devo. Plany przyszłych badań w ramach projektu Finch Evo-Devo i zastosowanie jego wyników W kolejnym etapie projektu prowadzone będą prace na rzecz walidacji zidentyfikowanych genów i sieci. W tym celu potrzebne będą dodatkowe fundusze, a brak finansowania do tej pory utrudniał postępy w badaniach. Jak podsumowuje dr Abzhanov: „Po publikacji wyników w poczytnym czasopiśmie naukowym, zespół zintensyfikuje działania informacyjne”. Wyniki badań projektu Finch Evo-Devo są obiecujące i mogą znaleźć zastosowanie w dziedzinie genetyki rozwojowej, nie tylko w odniesieniu do zięb. Nowo opracowany protokół oddaje ideę genetyki rozwojowej i może być podstawą badań nad rozwojem innych organizmów. „W tym celu finansowanie badań podstawowych jest równie ważne, co finansowanie badań stosowanych”, zauważa dr Abzhanov.
Słowa kluczowe
Finch Evo-Devo, rozwój, embrion, zięba Darwina, kształt dzioba, transkryptom
