Геном гималайского сурка раскрывает секреты жизни на экстремальных высотах

Гималайские сурки могут выживать на высотах до 5000 метров в Гималаях (Индия, Непал, Пакистан) и на Цинхай-Тибетском плато в Китае, где они сталкиваются с экстремальным холодом, низким содержанием кислорода и скудными ресурсами. Исследователи впервые секвенировали полный геном гималайского сурка, что поможет лучше понять механизмы выживания в таких условиях.

Результаты, опубликованные 20 декабря в журнале iScience, указывают на генетические механизмы, лежащие в основе адаптации к высокогорью и гибернации. Они также представляют ценную основу для изучения эволюции сурков, высокогорных болезней и адаптации к холоду.

"Как одно из млекопитающих, обитающих на наибольшей высоте, гималайский сурок постоянно подвергается воздействию низких температур, гипоксии и интенсивного УФ-излучения", — отметил Эньци Лю из Центра медицинских наук Университета Цзяотун в Китае. "Кроме того, они впадают в спячку более чем на шесть месяцев зимой".

Эти поразительные биологические особенности побудили команду Лю, включая первого автора Ляна Бая, рассматривать гималайского сурка как идеальную модель для изучения молекулярных механизмов адаптации к экстремальным условиям. Для начала они секвенировали и собрали полный черновой геном самца гималайского сурка. Также было проведено повторное секвенирование 20 других особей этого вида (с высокогорий и низкогорий) и четырёх других видов сурков. Дополнительно методом RNA sequencing сравнивали различия в экспрессии генов у сурков в состоянии оцепенения и бодрствующих.

Данные ДНК показывают, что гималайский сурок отделился от монгольского сурка около 2 миллионов лет назад. Исследователи выявили два гена — Slc25a14 и ψAamp (обработанный псевдоген), — которые подверглись отбору в разных направлениях у сурков, живущих на низкой и высокой высоте. Это указывает на их связь с выживанием в высокогорных популяциях в условиях крайне низкого содержания кислорода.

Учёные предполагают, что Slc25a14 может играть важную нейропротекторную роль. Изменение в ψAamp влияет на стабильность РНК, кодирующей ген Aamp, что может быть защитной стратегией для предотвращения избыточного роста новых кровеносных сосудов в условиях крайней гипоксии.

Данные RNA sequencing показывают, что во время гибернации в печени и мозге происходят изменения в экспрессии генов. Это касается генов пути метаболизма жирных кислот, а также свёртывания крови и дифференцировки стволовых клеток.

Интересно, что предыдущие исследования предполагали, что из-за воздействия на мозг впадающего в спячку животного температур, близких к нулю, и снижения кровотока повышается риск образования тромбов. Их стволовые клетки мозга также могут быть лучше подготовлены к восстановлению повреждений как адаптация, необходимая для выживания в экстремальных условиях.

Исследователи планируют продолжить улучшение качества генома гималайского сурка. Они отмечают, что этот вид также известен высокой восприимчивостью к вирусу гепатита сурка (woodchuck hepatitis virus) и является природным резервуаром и переносчиком чумы для людей.

"Мы планируем выяснить особенности иммунной системы, ответственные за заражение вирусом гепатита и бактериальными инфекциями", — сказал Лю.