Дупликация гена позволила морским колюшкам выжить на пресноводной диете

Asano Ishikawa, Jun Kitano

Для освоения новой экологической ниши организмам обычно требуется дополнительная адаптация, но иногда она может быть минимальной. Результаты новой статьи в Science говорят, что колюшкам дупликация всего одного гена помогла освоить пресные воды.

Жизнь рыб в пресной и морской воде отличается по многим параметрам. При этом существуют виды изначально морских рыб, которые успешно колонизировали пресные водоемы. Несмотря на преимущества, которые предоставляет захват новой экологической ниши, другие виды на такое неспособны. Хорошим примером служат колюшки — небольшие рыбки, относящиеся к лучеперым. Gasterosteus aculeatus — трехиглая колюшка — настоящий космополит, отдельные подвиды водятся как в открытом океане, так и в пресных водах. Его близкие родственники — G. nipponicus из Японского моря и G. wheatlandi обитают только в морской воде. Асано Ишикава (Asano Ishikawa) из национального института генетики и его коллеги решили выяснить, что лежит в основе этой разницы.

Одна из особенностей морских пищевых цепей — обилие докозагексаеновой кислоты (DHA). Она относится к тем самым омега-три кислотам, ради которых люди пьют рыбий жир, и играет важную роль в развитии организмов. Пищевые цепи пресноводных водоемов обеднены этим веществом и в рационе местных рыб его гораздо меньше. Исследователи предположили, что нехватка DHA может оказаться критической для завоевания рек японскими морскими колюшками. Они попробовали кормить мальков колюшки пресноводной едой без DHA и выяснили, что при прочих равных японские морские колюшки гораздо хуже переносят этот тип питания, чем их родственники-космополиты.


Оказалось, что это различие имеет генетическую подоплеку. Колюшки в принципе могут самостоятельно синтезировать нужную им кислоту, но ген Fads2, кодирующий ключевой фермент биосинтеза, представлен у пресноводных и морских обитателей в среднем разным числом копий. У всех трех видов колюшек этот ген есть на половой X-хромосоме, но у трехиглой исследователи обнаружили дополнительные копии на 12 хромосоме. Анализ трехиглых колюшек со всего света показал, что дополнительную копию Fads2 на 12 хромосоме они заполучили около 800 тысяч лет назад, задолго до основного освоения пресных вод. Колонизация происходила несколько раз независимо, и, предположительно, каждый раз в этом помогала давняя дупликация. Также исследователи выяснили, что у многих видов дело не обошлось всего одной дупликацией и в целом у пресноводных лучеперых рыб копийность Fads2 выше по сравнению с их морскими родственниками. Возможно, увеличить копийность рыбам помогают транспозоны, которые расположены вокруг гена Fads2 на 12 хромосоме. Эти мобильные элементы могут перемещаться и копироваться внутри генома, прихватывая вместе с собой близлежащие участки ДНК.

Авторы статьи предположили, что «мощности» Fads2 с X-хромосомы не хватает японским морским колюшкам для выживания на диете, бедной DHA. Чтобы проверить это на практике, они генетически модифицировали японских колюшек, удвоив этот ген. Мальки таких рыбок лучше выживали на пресноводной диете и накопили в теле больше DHA, чем контрольные рыбки, которым вместо Fads2 вставили ген GFP.


Недавно мы рассказывали о хитром приспособлении, которое, предположительно, позволило певчим птицам стать самым многочисленным подотрядом и захватить множество экологических ниш на всех континентах. У них была обнаружена дополнительная хромосома, которая живет только в половых клетках.

Вера Мухина

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.