Ha van olyan téma, ami igazán közel áll a szívemhez, a végtagok evolúciója biztos az. Már a blog legeslegelső posztja is ezzel a témával foglalkozott, névszerint miképpen veszt(h)ették el a kígyók a végtagjaikat az evolúció során, de valószínűleg egyik legtöbbet (ön)hivatkozott posztom is kapcsolódó, mégpedig a végtagok fejlődésbiológiájával foglalkozó. Szóval tulajdonképpen törvéynszerűen visszakanyarodunk itt a témához és a mai poszt talán csak azért különleges, mert annak az ominózus első posztnak lesz egy fantasztikusan érdekes folytatása.
Ahogy anno, abban az ominózus első posztban írtam, a kígyók hátsó végtagjainak elvesztése mögött leginkább az gyanítható, hogy a végtagfejlődésben oly fontos Sonic hedgehog (Shh) gén ZRS nevű, végtag-specifikus enhancere kígyókban (illetve lábatlan gyíkokban) úgy tűnik, eltűnt. Ezt akkor még nem direkt genomszekvencia adatok alapján lehetett kijelenteni, hanem kissé indirekt módon szekvenciahasonlóságot mérő metodológia alapján (lásd Southern blot), de azért logikusnak tűnt, főleg, hogy a ZRS kitörlése egerekben is roppant satnya végtagokat eredményezett.
Mára azonban változott a helyzet, rengeteg gerinces faj, köztük számos kígyó genomját több-kevesebb pontossággal ismerjük és ami - mint mindjárt látni fogjuk - legalább ennyire fontos, még gyorsabban és pontosabban tudunk a genomba "beleírni".
A négylábúak csoportjába (Tetrapoda) tartozó gerincesek genomját összevetve, ma már jól látható, hogy ugyan a kígyók esetében is fellelhető a ZRS helye, de annak bizonyos, más fajokban konzervált szekvencia-elemei hiányoznak. Márpedig ezek hiányában a kígyó-ZRS képtelen elvégezni a funkcióját. Hogy ezt miért merem ekkora bizonyossággal kijelenteni? Mert megnézték: az új CRISPR-alapú genomszerkesztési technológiát alkalmazva most nem egyszerűen kiütötték az egér ZRS-t, hanem helyettesítették számos más Tetrapoda ZRS-el.
Ez alapján pedig látható, hogy az emlős ZRS-ek (nem csak ember, de lajhár, vagy delfin is) tökéletesen ugyanazt a működést váltották ki, mint egér megfelelőjük: a Shh a fejlődő végtagbimbó hátsó, ún. ZPA régiójában (ha nem világos, hogy az mi, akkor itt lehet elolvasni) fejeződik ki, és kifogástalan végtagot hoz létre. De még olyan távoli rokon Tetrapoda fajok ZRS-e esetében is működik a trükk, mint egy bojtosúszós hal! Csak kígyó ZRS-ek esetében nem megy: "modernebb" kígyók, mint a kobrák ZRS-ével egyáltalán nem, a fenotípus pont olyan lesz, mintha kiütöttük volna a ZRS-t, evolúciósan "ősibb" kígyófajok (pl. boák) esetében pedig egy egész kicsit. (Részben valszleg ezzel is magyarázható, hogy a boák és pitonok esetében egy egész minimális hátsó függesztőöv, egy totálisan elcsökevényesedett, de beazonosítható hátsó végtagmaradvánnyal azért kialakul a fejlődés során.)
Miért van ez? A jelek szerint mert egy 17 bázispár (bp) hosszúságú deléció jelent meg a ZRS közepében a kígyókban (illetve bizonyos fajokban ennél is hosszabb szakasz hiányzik). Hogy mennyire ez az ok, azt jól mutatja, hogy a piton szekvenciába (ami természetesen azért a kb 800 bp hosszúságú ZRS egyéb pontjain is különözik az egér ZRS-től) elegendő ezt a 17 bp-t beszúrni es egyből funkcionális lesz: mind a Shh expressziót a megfelelő módon fogja vezérelni, mind a végtagfejlődés hiba nélkül lezajlik.
Vagyis egy hihetetlenül elegáns bizonyítékát tálalták a szerzők a korábban csak a különböző eredmények korrelációja alapján felállított hipotézisnek, miszerint egy szabályozó szekvencia degradációja/elvesződése okozta az evolúció során a hátsó végtag elvesztését a hüllők ezen csoportjában. (Tegyük hozzá, hogy ha a CRISPR csak olyan evodevos kísérletekhez, mint ez, vagy a múltkori ízeltlábú Hox-os sztori lenne jó, akkor is megérdemelné a hype-ot, de persze messze nem ez a helyzet.)
Ráadásul ez egyfajta közvetett magyarázatot is ad arra, hogy miképp jöhetnek létre a bizarr kígyóláb atavizmusok. Elegendő ha a ZRS-ben olyan spontán mutációk jelennek meg, amelyek valamelyest kompenzálnak a hiányzó 17 bázispárért és a fejlődési program többi eleme már aktiválható is lesz.
Kvon EZ, Kamneva OK, Melo1 US, Barozzi I, Osterwalder M, et al. (2016) Progressive Loss of Function in a Limb Enhancer during Snake Evolution. Cell 167(3): 633–642.e11.
