Учёные обнаружили ген, отвечающий за золотую окраску цихлид Мидаса

Все цихлиды Мидаса из Центральной Америки начинают жизнь с чёрно-белой полосатой окраски, а затем некоторые постепенно теряют чёрный пигмент и становятся ярко-золотыми. За этим «золотым прикосновением» стоит не бог Дионис, а ранее неизвестный ген. Команда учёных под руководством биолога из Констанца профессора Акселя Мейера обнаружила и охарактеризовала этот ген.

Один вид, разные версии

Это явление известно как «полиморфизм». У 13 видов рыб, относящихся к цихлидам Мидаса (Amphilophus cf. citrinellus) и живущих в кратерных озёрах Никарагуа, всегда сначала тёмная окраска, но «генетически золотые» особи становятся оранжевыми — обычно при достижении половой зрелости. Смена окраски с тёмной на золотую происходит примерно у 10% особей и, по сути, является обесцвечиванием: в течение нескольких недель клетки кожи, содержащие тёмный пигмент меланин, постепенно отмирают, что и вызывает яркую оранжево-жёлтую окраску взрослых рыб.

В поисках генетической причины

Известно, что золотая окраска передаётся из поколения в поколение по классическим менделевским правилам, и она является доминантным признаком. Поскольку хромосомный набор рыб, как и у человека, представлен в каждой клетке в двойном экземпляре, для развития золотой окраски в течение жизни достаточно одной генетической копии «золотого варианта» на клетку.

В предыдущих исследованиях лаборатории Мейера удалось сузить местоположение генетической причины полиморфизма окраски до хромосомы 11. Чтобы раскрыть механизм, исследователи проанализировали генетический материал тёмных и золотых цихлид с помощью ассоциативного картирования.

«Первое, что мы заметили в этом анализе, — несоответствия в результатах. Что-то не совсем сходилось; буквально не хватало кусочка пазла», — говорит Аксель Мейер.

Ген goldentouch

Учёные заподозрили, что используемый референсный геном цихлиды Мидаса может быть неполным и не содержать ответственного за окраску гена. Они решили создать улучшенный референсный геном с помощью нового метода длинного прочтения (long-read sequencing). Для этого был секвенирован полный геном лабораторной цихлиды, гетерозиготной по окраске (имеющей на одной хромосоме 11 генетическую информацию для золотой окраски, а на другой — для тёмного варианта).

«Мы впервые обнаружили ранее не описанный ген на хромосоме 11 в нашем новом референсном геноме, который присутствовал в двух разных вариантах у наших рыб: вариант d для "тёмной" и вариант G для "золотой" окраски», — сообщает Аксель Мейер.

Повторные исследования картирования показали, что этот ген, вероятно, связан с окраской: рыбы с двумя копиями варианта d имели тёмную окраску во взрослом состоянии, тогда как особи с одной или двумя копиями доминантного варианта G демонстрировали оранжево-жёлтую окраску. Исследователи назвали вновь обнаруженный ген goldentouch в честь легенды о царе Мидасе.

Дальнейшие исследования

Учёные выяснили, что золотой вариант гена значительно длиннее тёмного. Причина — вставка «прыгающего гена» (транспозона) — куска «эгоистичной» ДНК. Этот дополнительный фрагмент генетического кода заставляет золотой вариант гена складываться на молекулярном уровне иначе, чем тёмный вариант. Это, в свою очередь, влияет на экспрессию гена — синтез белков.

Исследователи также обнаружили, что у всех цветовых вариантов цихлиды Мидаса ген goldentouch в основном активен в чешуе, но почти не работает в других тканях, например, во внутренних органах. Это подтверждает специфическую функцию продуктов гена в наружных слоях кожи рыб.

«Мы также обнаружили, что ген goldentouch экспрессируется в меньшей степени в чешуе золотых цихлид Мидаса, чем у тёмных. Таким образом, между цветовыми вариантами существуют различия в количестве продуктов гена, что может объяснять разные типы окраски», — поясняет Аксель Мейер.

Окончательное доказательство того, что описанные варианты гена goldentouch являются прямой причиной развития цветовых вариантов у цихлид Мидаса, ещё предстоит получить, но уже есть несколько веских указаний на это.

«С нашим исследованием мы стали на шаг ближе к разгадке тайны цихлид Мидаса. В будущих исследованиях нам предстоит подтвердить причинно-следственную связь с геном goldentouch и выяснить, как ген контролирует смену окраски рыб на молекулярном уровне в деталях», — добавляет Аксель Мейер.