Коротко и по сути — потому что мутации в регуляторных элементах изменяют когда, где и в каком количестве экспрессируется ген, не трогая при этом функцию белка, что даёт более гибкие и локальные изменения морфологии при меньших побочных эффектах.
Ключевые положения и механизмы:
- Модульность регуляции: у многих генов есть несколько независимых энхансеров/промоторов, каждый отвечает за экспрессию в конкретной ткани/времени. Мутация в одном энхансере может изменить только одну черту (напр., хвост, крыло) без нарушения других функций гена — низкая плейотропия.
- Плейотропия кодирующих мутаций: изменение аминокислотной последовательности чаще нарушает базовую биохимию белка и затрагивает все места его действия, что часто бывает вредно и отбраковывается отбором.
- Градиенты эффекта и тонкая настройка: регуляторные изменения способны давать малые, кумулятивные сдвиги уровней/времени экспрессии (количественные эффекты), удобные для адаптивной эволюции; кодирующие изменения часто дают качественные, резкие изменения функции.
- Простота возникновения полезных вариантов: добавление/удаление сайтов связывания транскрипционных факторов в энхансере — частый и относительно «мягкий» путь к изменению экспрессии.
- Разделение cis vs trans: изменения в cis-регуляторах (энхансерах рядом с геном) действуют локально; изменения в trans (TF сами) обычно влияют на множество генов и потому более плейотропны и рискованны.
- Пространственно-временные перестановки: изменения в регуляции могут перенести экспрессию гена в новую ткань или время развития, создавая новые морфологические признаки без необходимости новых белков.
Эмпирические примеры:
- Рыбы-колюшки (stickleback): потеря таза связана с удалением энхансера гена Pitx1 — изменение экспрессии локально, белок не мутирован.
- Drosophila shavenbaby: изменения в нескольких энхансерах приводят к различиям в узоре щетинок (trichomes).
- Модели с Prx1: замена энхансера у мыши влияла на длину конечности.
Итог: регуляторные мутации дают более целевые, модульные и легко настраиваемые изменения морфологии, тогда как кодирующие изменения чаще затрагивают функцию белка повсеместно и потому ограничены сильным отрицательным отбором.