Расшифровка геномов пяти африканских рыб раскрывает разнообразные молекулярные механизмы эволюции
Исследователи секвенировали геномы и транскриптомы пяти видов африканских цихлид, чтобы понять молекулярную основу адаптации у позвоночных. Учёные из Broad Institute of MIT и Harvard обнаружили в геномах рыб разнообразные черты, позволившие им процветать в новых местообитаниях и экологических нишах Великих озёр Восточной Африки. Результаты, полученные на этих «природных мутантах», не только объясняют сложные геномные механизмы, лежащие в основе невероятного разнообразия цихлид, но и проливают новый свет на молекулярный процесс эволюции всех позвоночных.
Исследование, проведённое в сотрудничестве с учёными из Eawag Swiss Federal Institute for Aquatic Sciences, Georgia Institute of Technology и более чем 70 специалистами международного сообщества, опубликовано 3 сентября в онлайн-версии журнала Nature.
Механизмы адаптации в природе
Африканские цихлиды — одни из самых фенотипически разнообразных групп организмов на планете, насчитывающие более 2000 видов. В некоторых озёрах обитают сотни видов, произошедших от общего предка, покинувшего реку Нил. Как и зяблики Дарвина, цихлиды являются ярким примером адаптивной радиации — процесса, в ходе которого множество видов «расходятся» от предкового вида через адаптацию.
Чтобы определить, что позволило этим рыбам так широко диверсифицироваться за относительно короткое время, учёные секвенировали геномы и транскриптомы (РНК из десяти тканей) пяти различных линий:
- Нильская тиляпия (предковая линия).
- Вид из реки около озера Танганьика.
- Вид из озера Танганьика (колонизировано 10–20 млн лет назад).
- Вид из озера Малави (колонизировано 5 млн лет назад).
- Вид из озера Виктория (радиация произошла всего 15 000–100 000 лет назад).
Спектр геномных изменений
Анализ данных выявил неожиданное разнообразие геномных изменений. По сравнению с предковой линией, геномы восточноафриканских цихлид обладают:
- Избытком дупликаций генов.
- Изменениями в регуляторных, некодирующих белок элементах генома.
- Ускоренной эволюцией кодирующих белок элементов, особенно генов пигментации.
- Другими особенностями, влияющими на экспрессию генов (вставки мобильных элементов, регуляция новыми микроРНК).
«Геномный инструментарий» для быстрой адаптации
Некоторые изменения в геноме, по-видимому, накопились ещё до того, как виды покинули реки и заселили озёра. Это указывает на период ослабленного эволюционного давления, когда рыбы накапливали генетические вариации. Позже, при заселении новых экологических ниш в озёрах, отбор позволил быстро сформироваться новым видам. Таким образом, резервуар мутаций и связанных с ними фенотипов представлял собой «геномный инструментарий» для быстрой адаптации.
Перспективы для науки
Для полного понимания мутаций, вызывающих различные фенотипы у цихлид, может потребоваться секвенирование многих других видов. Это поможет объяснить, как сходные формы эволюционировали параллельно в разных озёрах.
Изучение этих «природных мутантов» также может пролить свет на биологию и болезни человека, показывая, как селективное давление влияет на адаптацию и здоровье.