Uråldrig uppkomst av färgseende

I en ny avhandling från Uppsala universitet visar David Lagman att många av de gener som gör skillnad mellan tappar och stavar i ögat uppstod i de tidiga fördubblingarna av ryggradsdjurens arvsmassa.

För omkring 500 miljoner år sedan fördubblades hela arvsmassan hos ryggradsdjurens förfäder inte bara en utan två gånger. Detta innebar plötslig uppkomst av många extra genkopior som var fria att under evolutionär selektion utveckla nya funktioner. Många av dem kom att användas i nya celltyper eller vid skilda tidpunkter. För cirka 350 miljoner år sedan skedde ytterligare en fördubbling av arvsmassan i förfadern till alla äkta benfiskar. Dessa uråldriga händelser fick dramatiska konsekvenser för evolutionen av syn.

De celler i ögat som gör att vi kan se är tappar för färgseende och stavar för "mörkerseende". Tappar och stavar använder olika men besläktade proteiner för sin respons på ljus. I sin avhandling visar David Lagman att många av de gener som gör skillnad mellan tappar och stavar uppstod i de tidiga fördubblingarna av ryggradsdjurens arvsmassa.

- Nyckelkomponenter i ögat är de proteiner som fångar upp ljuset och startar svaret i tappar och stavar. De ursprungliga ryggradsdjuren hade hela fem ljusreceptorer varav fyra användes för färgseende. Två av dessa gick sedan förlorade i däggdjurens urmoder men finns fortfarande kvar i exempelvis fåglar och fiskar som därmed åtminstone i vissa avseenden har bättre färgseende än människan, säger David Lagman.

Även de komponenter i tappar och stavar som vidarebefordrar ljussignalen blev fler i de tidiga ryggradsdjurens arvsmassa. I de äkta benfiskarna uppstod sedan ytterligare genkopior. Dessa fiskars tappar och stavar har tack vare detta ännu fler komponenter än vi däggdjur.

Vidare har forskargruppen undersökt hur dessa extra genkopior förändrats under evolutionen i zebrafisk som är ett vanligt studieobjekt för både fysiologi och utvecklingsbiologi. Avhandlingen visar att syngener i zebrafisk används i samma celltyper som deras motsvarigheter hos däggdjur. Specialiseringen är således av mycket gammalt slag.

- Ett överraskande fynd var att vissa extra genkopior i zebrafisk används i olika delar av näthinnan. Några av dem finns även i tallkottkörteln som liknar ögat men framför allt reglerar dygnsrytmen. Vissa syngener visade sig ha varierande nivå under dygnet, alltså ytterligare en typ av specialisering som uppstått tack vare uppkomsten av extra genkopior. Så vi har upptäckt att kopiering av gener för hundratals miljoner år sedan har banat väg för flera olika typer av funktionella skillnader. Mycket av evolutionen kan alltså ske tack vare genkopiering följd av förändring, säger David Lagman

Avhandlingen visar också hur viktigt det är att undersöka användningen av gener. Denna kunskap gör det lättare att använda zebrafisk som modellorganism för att öka förståelsen av ögonens mekanismer även hos människa och leder till möjligheter att utveckla behandlingar mot sjukdomar som drabbar synen.

Avhandlingen Evolution of Vertebrate Vision by Means of Whole Genome Duplications : Zebrafish as a Model for Gene Specialisation försvarades den 20 mars 2015.
 

För mer information, kontakta, David Lagman, doktorand vid Institutionen för neurovetenskap, tel: 070-3949675, e-post: david.lagman@neuro.uu.se eller Cecilia Yates, informatör vid Institutionen för neurovetenskap, e-post: cecilia.yates@neuro.uu.se