Сроки нерестовой миграции чавычи связали с единственным генетическим участком

Сроки нерестовой миграции чавычи, самого крупного и ценного из тихоокеанских лососей, зависят от единственного генетического участка на 28 хромосоме. К такому выводу пришли американские ученые, исследовав популяции этих рыб в реках Кламат и Сакраменто. По словам авторов, обнаруженный участок определяет, весной или осенью чавыча войдет в реки. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Тихоокеанские лососи (Oncorhynchus) проводят взрослую жизнь в море, однако размножаются в реках, где откладывают и оплодотворяют икру, после чего погибают. У разных видов и популяций сроки нерестовой миграции могут заметно отличаться. Например, североамериканские популяции чавычи (Oncorhynchus tshawytscha), самого крупного и ценного из тихоокеанских лососей, делятся на несколько экотипов на основе их миграционного поведения.

Нерест у этого вида происходит с сентября по декабрь, но часть лососей возвращаются в реки еще в конце зимы — начале весны и проводят полгода в холодных пресных водах, не питаясь и расходуя накопленные жировые запасы. Такую чавычу называют раннемигрирующей (зимний и весенний экотипы) и позднемигрирующие (осенний и позднеосенний). Рыбаки высоко ценят ее за жирность, а некоторые биологи даже предлагают рассматривать ее в качестве отдельного вида. 

Команда специалистов во главе с Нилом Томпсоном (Neil F. Thompson) из Калифорнийского университета в Санта-Крус решила определить, какие генетические механизмы заставляют весеннюю чавычу прибывать в реки раньше осенней. Для этого они проанализировали полные геномы 160 особей чавычи из бассейнов рек Кламат и Сакраменто на тихоокеанском побережье США. В выборку попали представители зимнего, весеннего, осеннего и позднеосеннего экотипов.

Сравнение весенней и осенней чавычи показало, что отличия между ними связаны с небольшим участком RoSA на 28 хромосоме. Он включает гены GREB1L и ROCK1 и фрагмент ДНК между ними. У чавычи RoSA существует в двух формах, которые соответствуют весеннему (E) и осеннему (L) фенотипу. Хотя эволюционные связи между разными популяциями этих рыб довольно сложны, все весенние чавычи несут сходный генетический вариант, ответственный за раннюю миграцию в реки. Кроме того, аналогичный участок был обнаружен у зимней чавычи из реки Сакраменто.

Авторам удалось выявить в данном генетическом участке несколько конкретных мутаций. Например, ген GREB1L, регулирующий развитие почек, гонад и внутреннего уха, у весенней и осенней чавычи отличается двумя несинонимичными однонуклеотидными заменами. Кроме того, у рано мигрирующих лососей были отмечены короткие дупликации между генами GREB1L и ROCK1 — они могут оказывать влияние на регуляцию их работы.

Полученные данные проверили на 502 взрослых чавычах разных экотипов, пойманных в эстуарии реки Кламат представители местного индейского племени юрок. Оказалось, что RoSA отвечает за 85 процентов различий в сроках начала миграции этих рыб. При этом его влияния на скорость созревания и жирность чавычи обнаружить не удалось. Авторы полагают, что различия по этим признакам не определяются генетически, а зависят от сроков миграции. Например, весенняя чавыча кажется людям более жирной лишь потому, что они ловят ее на более раннем этапе жизненного цикла. А скорость созревания зависит от того, как много времени рыбы провели в пресной воде. которая заметно теплее океанской и стимулирует метаболизм.

На следующем этапе авторы изучили, смешиваются ли весенние и осенние чавычи между собой. Для этого они проанализировали геномы 183 особей, погибших после нереста на одном из притоков реки Кламат. Оказалось, что гаплотипы, соответствующие ранней и поздней миграциям, равномерно распределены по популяции. Особи, гомозиготные по данному признаку, ведут себя как весенние (EE) или осенние (LL) чавычи, а гетерозиготы (EL) прибывают в реки в промежуточные сроки (которые, впрочем, полностью пересекаются со временем прибытия гомозиготных особей). Судя по всему, значительную долю особей в популяции составляют гетерозиготные особи, при спаривании которых регулярно появляется потомство с чистым весенним и осенним фенотипом. Вероятно, похожая популяционно-генетическая структура характерна и для других видов лососей, например, кижуча (O. kisutch) или микижи (O. mykiss).

Таким образом, весенняя и осенняя чавычи свободно спариваются между собой, и их все-таки нельзя называть разными видами. Это хорошая новость с точки зрения охраны природы. Дело в том, что во многих североамериканских реках рано мигрирующие представители вида были практически истреблены из-за чрезмерного вылова и строительства плотин. Учитывая, что генетические варианты, связанные с ранним ходом, сохраняются в популяции, у весенней чавычи есть шанс восстановить численность.

Если в Северной Америке лососи находятся под охраной, то в Южной их считают опасными интродуцентами, которые наносят вред аборигенной фауне. Более того, некоторые местные популяции «объединились» с другими чужеродными видами. Например, на Огненной Земле кумжа выигрывает от присутствия бобров.

Сергей Коленов