Щоб домінувати в новій екологічній ніші, організми, як правило, потребують додаткової адаптації, але іноді це може бути мінімальним. Результати нової статті, опублікованої в Наука кажуть, що дублювання одного гена допомогло колючим рибам (Gasterosteidae) освоїти прісну воду.
Життя риби в прісній та солоній воді багато в чому відрізняється. У той же час спочатку існують морські види риб, які успішно колонізували прісні водойми. Незважаючи на переваги захоплення нової екологічної ніші, інші види не можуть.
Хороший приклад - колюча риба, і особливо Gasterosteus aculeatus, колюча триголка, знайдена у відкритому океані та прісних водах. Ваші близькі родичі, G. nipponicus з Японського моря і G. wheatlandi, вони живуть лише в морській воді. І зараз Асано Ісікава з Національного інституту генетики та його колеги вирішили з’ясувати, що лежить в основі цієї різниці.
DHA та його генетичне походження
Однією з характеристик морських харчових ланцюгів є велика кількість докозагексаєнової кислоти (DHA), яка відноситься до омега-трьох кислот, які відіграють важливу роль у розвитку організмів. Однак харчові ланцюги прісноводних об'єктів не мають цієї речовини.
Дослідники припускають, що відсутність DHA може бути критично важливою для японських колючок для завоювання річок. Вони спробували годувати їх прісноводною їжею без DHA і виявили, що за рівних умов японські морські колючі риби страждають від такої їжі набагато гірше, ніж їхні космополітичні родичі.
Виявилося, що ця різниця має генетичне походження. В принципі, колючі дерева можуть самостійно синтезувати необхідну їм кислоту, але ген Fads2, який кодує ключовий фермент біосинтезу, представлений у прісноводних та морських мешканців із середнім значенням різної кількості копій.
У всіх трьох типів риб цей ген знаходиться в статевій Х-хромосомі, але в трьохголкових дослідники виявили додаткові копії в 12-й хромосомі. Аналіз триголкових риб з усього світу показав, що вони отримали одну додаткову копію Fads2 в 12-й хромосомі приблизно 800 000 років тому, задовго до основного розвитку прісної води. Колонізація відбувалась кілька разів незалежно, і, мабуть, кожного разу, коли траплялося тривале дублювання, це допомагало в цьому.
Генетичні фокуси
Дослідники також виявили, що у багатьох видів справа була не просто дублюванням, і загалом прісноводні плавці мали кількість копій Fads2, яке було вищим у порівнянні з їх морськими родичами. Можливо, що транспозони, які знаходяться навколо гена Fads2 у 12-й хромосомі, допомагають рибам збільшувати свою кількість. Ці мобільні елементи можна переміщати та копіювати в геномі, захоплюючи ними сусідні сегменти ДНК.
Автори статті припустили, що "потужності" Fads2 на Х-хромосомі недостатньо, щоб японські морські сноуборди вижили на дієті з низьким вмістом ДГК. Щоб перевірити це на практиці, вони генетично модифікували японську рибу, продублюючи цей ген. Риби виживали краще на прісноводній дієті і накопичували більше DHA в своїх тілах, ніж контрольна риба, яка замість Fads2 вставляла ген GFP.
Нещодавно ми говорили про важку адаптацію, яка нібито дозволила співочим птахам стати найчисленнішим підрядом і захопити багато екологічних ніш на всіх континентах. У них була виявлена зайва хромосома, яка мешкала лише в статевих клітинах.
Віктор РоманЦя новина була опублікована в N + 1, наука, яка додає.