Генетики разобрались в обонянии и выносливости комодского варана

Биологи собрали de novo геном комодского варана (Varanus komodoensis), сообщается в Nature Ecology & Evolution. Его сравнение с геномами родственных видов показало, что у варанов подверглись особому отбору гены ангиотензиногена, ряда белков, регулирующих работу митохондрий, и обонятельных рецепторов вомероназального органа. Это обеспечило варанам более эффективный по сравнению со многими другими рептилиями метаболизм, защиту от антикоагулянтов собственной слюны и хорошее обоняние, которое дает возможность найти жертву на большом удалении.

Вараны (род Varanus) обладают несколькими характеристиками, необычными для чешуйчатых рептилий — ящериц, змей и амфисбен. Разброс размеров среди представителей рода очень велик. Длина наиболее мелкого, карликового варана (Varanus primordius), около 20 сантиметров, а самого крупного, комодского варана (Varanus komodoensis), — до трех метров. Перегородка в желудочке сердца у них полная, что позволяет эффективно отделять венозную кровь от артериальной и повышает эффективность обмена веществ. Системное артериальное давление у них высокое, а легочное — низкое. Вараны активно преследуют добычу, развивая скорость до 20 километров в час, при этом жертву они могут учуять на значительном расстоянии. Кроме того, им не вредит собственная слюна, хотя она препятствует свертыванию крови, а вараны нередко кусают друг друга.

Предпосылки таких отличий имеет смысл искать в генах, поэтому ученые из Австралии, Италии, Нидерландов, России, США и Чехии секвенировали геном комодского варана. Особое внимание при этом обратили на гены, которые кодируют белки-регуляторы артериального давления, обмена веществ в мышцах, вязкости крови, а также обонятельные рецепторы вомероназального органа VR1 и VR2.

Характеристики генома варана (его длину, количество генов в нем, долю кодирующих участков и ряд других) сравнили с таковыми для его ближайшего родственника, чей геном секвенирован, — крокодилового шинизавра (Shinisaurus crocodilurus), а также с параметрами генома «модельной» ящерицы североамериканского красногорлого анолиса (Anolis carolinensis). Также учли данные и о геномах 12 других видов рептилий, трех видов птиц и четырех видов млекопитающих, включая человека.

ДНК для секвенирования брали у эмбриона комодского варана женского пола из Пражского зоопарка. Для аннотации генов (понимания, какие гены экспрессируются, как регулируется их экспрессия, в какой части клетки они находятся) также секвенировали мРНК. Биоматериал для этого взяли из сердца другого варана, умершего от естественных причин в том же зоопарке.

Судя по полученным результатам, веретеницеобразные (в эту группу входят вараны, безухие вараны, веретеницы, ядозубы и безногие ящерицы) — сестринская группа по отношению к игуанообразным (сюда относят игуан, агам и хамелеонов) и змеям. Это предположение выдвигали и раньше, новые данные его только подтвердили.

У комодского варана нашли множество вариантов генов обонятельных рецепторов вомероназального органа VR2. По всей видимости, эти гены в эволюции варанов неоднократно удваивались, после чего разные копии постепенно накапливали различия в нуклеотидном составе и кодировали все более непохожие белки. Скорее всего, именно рецепторы VR2 обеспечивают варану способность чуять раненых или мертвых зверей на значительном расстоянии.

По меньшей мере 201 ген комодского варана несет в себе признаки позитивной селекции, то есть эти гены по какой-то причине оказались особенно важными. У 188 из них есть человеческие ортологи, для 34 из этого числа известны взаимодействия с другими генами, которые тоже проходили позитивную селекцию. Работа этих 34 генов требуется для 12 метаболических путей, из которых три связаны с функциями митохондрий, четыре — со свертыванием крови, а еще пять — с иммунными реакциями.

Неполный список этих генов таков. PERM1 усиливает образование новых митохондрий в клетках, что делает метаболизм этих клеток более интенсивным. Его избыточная экспрессия повышает выносливость у мышей. ACADL задействован в бета-окислении жирных кислот — важнейшем энергетическом процессе клеток сердечной мышцы. Ген ангиотензиногена AGT кодирует предшественник нескольких пептидов, и один из этих пептидов, AngII, у млекопитающих активно образуется при физических нагрузках, регулируя при этом артериальное давление. Гены MRVI1, RASGRP1, LCP2 и CD63 кодируют регуляторы активности тромбоцитов, которые играют главную роль в процессах свертывания крови. Все это соответствует повышенной активности и выносливости комодского варана, а также его устойчивость к собственным антикоагулянтам.

Комодский варан стал первым в своем роде, чей геном секвенировали. Данных о ДНК других видов варанов сейчас на порядки меньше. Авторы исследования считают, что собранные ими данные помогут при сборке геномов других видов варанов. Также ученые отмечают, что генетические особенности комодского варана в теории могут отсутствовать у других представителей рода. В любом случае, чтобы выявить их наличие и уточнить их роль, необходимо секвенировать ДНК других видов варанов.

Интересно, что одни из самых близких родственников варанов, мозазавры (жили в меловом периоде), вели совершенно другой образ жизни. Они обитали в воде. Вараны активны днем, а по крайней мере некоторые мозазавры, видимо, были ночными хищниками и обладали бинокулярным зрением. Возможно, они даже охотились на люминесцирующих рыб.

Светлана Ястребова