Ученые при помощи генной инженерии получили линию плодовых мушек, в геноме которых нет возникших около 140 миллионов лет назад мутаций. Эти модификации существенно повлияли на развитие тела животных, и, отменив их, авторы смогли понять, какие древние мутации вызвали важные эволюционные изменения в эмбриональном развитии организмов. Исследование опубликовано в журнале eLife.

Ученые давно пытались понять, как мутации в генах меняют эмбриональное развитие организмов, благодаря чему формы жизни на Земле стали так разнообразны. Точно установить ключевые мутации крайне трудно, так как они возникли в далеком прошлом, в давно вымерших животных, а их следы в геноме с тех пор скрыли последующие мутации.

«Введя отдельные мутации, которые произошли в глубоком прошлом в древних генах, мы смогли точно показать, как каждая из них повлияла на развитие организмов миллионы лет назад, — говорит ведущий автор работы Стивен Смолл из Нью-Йоркского университета (США). — Мы обнаружили, что основной причиной коренных изменений в процессе развития животного, которые стали незаменимы для всех их потомков, были всего две случайных мутации».

В рамках данной работы биологи изучали ген Bicoid, который управляет формированием головы у эмбриона мушек. Организмы с неработающим вариантом гена рано умирают, так как у них на обоих концах тела начинает формироваться брюшко. Однако Bicoid не встречается у других насекомых или у более далеких родственников мух, что показывает, как даже фундаментальные аспекты развития могут кардинально меняться в процессе эволюции.

Ученые удалили у современных мух ген Bicoid и вставили им его реконструированного предка. Такие животных тоже стали быстро погибать. Затем биологи начали по одной добавлять мутации, которые произошли в этом гене миллионы лет назад. Большинство из них производило небольшой эффект или не производило никакого, однако две совместно делали ген активным, благодаря чему у эмбрионов формировалось искаженная, но узнаваемая голова на правильном месте.