Как появились гены, кодирующие змеиный яд

Яд — важнейшее средство защиты и нападения змей. Долгое время изучали только эволюционную историю семейств змеиных токсинов, селекционное давление на отдельные компоненты, а также внутри- и межвидовые вариации ядов. Ученые из Бразилии и США секвенировали геном обыкновенной жарараки (Bothrops jararaca), ядовитой ямкоголовой змеи рода ботропсов, чтобы ответить на вопросы, откуда и каким образом появились гены, кодирующие змеиный яд.

В геноме обыкновенной жарараки были найдены 55 генов, которые отвечают за синтез 12 семейств токсинов. Большинство семейств представлены одним геном, однако некоторые, такие как металлопротеиназы (SVMP), сериновые протеиназы (SVSP) и лектины типа C, представлены несколькими генами. Авторы исследования изучили гены, которые примыкают к кодирующим токсины генам, и идентифицировали блоки, для которых характерна синтения, то есть сохранение порядка расположения генов у разных видов змей, ящериц и других хордовых. Анализ синтенных блоков позволил ученым сделать выводы о происхождении некоторых генов, кодирующих змеиный яд.

Гены сериновых протеиназ (SVSP) у обыкновенной жарараки организованы в кластер из нескольких паралогов. Синтенные блоки, окружающие гены SVSP, консервативны у чешуйчатых рептилий. Примечательно, что SVSP близки к гилатоксину — сериновой протеиназе ряда ядовитых ящериц. Авторы работы предположили, что SVSP и гилатоксины появились в результате дупликаций предкового гена, который изначально не кодировал токсин. По схожему эволюционному сценарию возникла и фосфолипаза A₂.

В состав змеиных ядов также могут входить факторы роста эндотелия сосудов (VEGF-F). Исследование показало, что они не произошли от физиологического VEGF (VEGF-A), а появились в результате функциональной специализации другого предкового гена. Еще одна группа змеиных токсинов, получившая названия брадикинин-потенциирующих пептидов, произошла от натрийуретического пептида C-типа, который играет ключевую роль в водно-солевом гомеостазе.

Авторы заключили, что в эволюции змеиных ядов прослеживаются два основных пути: дупликация исходного гена и непосредственное приспособление предкового гена к образованию ядов без дупликации.