Бамбуковая диета сблизила панд на генетическом уровне

Китайские ученые впервые секвенировали геном красной панды (Ailurus fulgens). Сравнив его с геномом большой панды (Ailuropoda melanoleuca), они нашли генетическую основу  признаков, возникших в результате конвергентной эволюции обоих видов: ложного большого пальца и бамбуковой диеты. Статья об исследовании опубликована  в журнале PNAS.

Большая и красная панды – один из примеров конвергентной эволюции – эволюционного процесса, в ходе которого возникает сходство между представителями различных систематических групп, обитающих в похожих условиях. Большая панда относится к семейству медвежьих, ближайшие родственники красной панды из семейства пандовых – куницы, росомахи и другие представители семейства куньих. Ближайший общий предок большой и красной панд существовал около сорока трех миллионов лет назад.

Не смотря на принадлежность к отряду хищных, оба вида почти полностью травоядны, они приспособились к диете, на девяносто процентов состоящей из бамбука. У большой и красной панды независимо развились приспособленность к перевариванию бамбука и ложный большой палец: похожая на редуцированный палец увеличенная сесамовидная кость запястья, которая помогает животным захватывать побеги. 

Физиологические признаки конвергентной эволюции панд очевидны, но до сих пор никто не исследовал ее на генетическом уровне.

Именно это и проделали авторы новой работы. Они впервые отсеквенировали геном самца красной панды и дополнили информацию о геноме большой панды. Использовав методы сравнительной геномики они идентифицировали семьдесят адаптивно конвергентных генов.

Часть обнаруженных генов влияет на усвоение питательных веществ из бамбука. Например, гены PRSS1, PRSS36 и CPB1, вовлеченные в процесс переваривания белка, увеличивают эффективность усвоения аминокислот лизина и аргинина, компенсируя их недостаток в бамбуке. Гены ADH1C и CYP3A5 регулируют метаболизм витамина А, а CYP4F2 и GIF – витамина В12. Оба этих витамина отсутствуют в растительной диете: витамин А панды получают из прекурсора бета-каротина, а В12 вырабатывают кишечные бактерии. Использование пандами обоих витаминов должно быть максимально эффективным.

Еще два гена, DYNC2H1 и PCNT, по мнению исследователей могут влиять на развитие ложного большого пальца. Мутации этих генов у людей и мышей приводят к патологиям в формировании конечностей, например, полидактилии. Но точный механизм влияния этих генов на формирование ложного большого пальца пока неизвестен.

Интересно, что помимо общих рабочих генов ученые обнаружили что у большой и красной панды отключились (превратились в нефункциональные копии) десять одинаковых генов, среди которых ген рецептора умами TAS1R1, необходимый животным с преимущественно белковой диетой.

Исследование конвергенции большой и красной панды на генетическом уровне показало, что адаптация к бамбуковой диете происходила сразу на нескольких "фронтах". Оно позволяет лучше понять механизмы конвергентной эволюции.