Геномные основы адаптации тушканчиков к двуногому скачкообразному движению и условиям пустынь

Тушканчики — линия мелких грызунов с нетипичной мышеподобной морфологией, характеризующейся удлинёнными сильными задними конечностями и короткими передними. Исследовательская группа отсеквенировала и представила геном монгольского пятипалого тушканчика (Orientallactaga sibirica) на уровне хромосом. Его размер составляет 2.85 GB, он содержит 21 074 аннотированных белок-кодирующих гена. Сравнительные геномные анализы и функциональные тесты in vitro показали, что генетические инновации как в кодирующих, так и в некодирующих областях сыграли важную роль в морфологической и физиологической адаптации тушканчиков.

Протеогликаны и развитие конечностей

Протеогликаны (PGs), образуемые гликозаминогликанами (GAGs) в процессе эндохондрального окостенения, — ключевые компоненты для развития кости. Ксилозилтрансферазы (кодируемые XYLT1 и XYLT2) и хондроитинсинтазы (кодируемые CHSY1 и CHSY3) важны для инициации и элонгации цепей GAG. У тушканчиков обнаружены семь фиксированных аминокислотных замен с радикальным изменением свойств в белках XYLT1 и CHSY1.

Кроме того, выявлена специфичная для тушканчиков делеция сегмента длиной 11 п.н. в консервативном некодирующем элементе (CNE), чьим геном-мишенью предположительно является XYLT1. Люциферазный репортерный анализ подтвердил потенциальную регуляторную роль этой делеции в экспрессии XYLT1. Эти данные указывают, что путь развития хряща и биосинтеза GAG вносит вклад в уникальный паттерн развития конечностей тушканчиков.

Энергетический метаболизм и окислительный стресс

Естественный отбор, действующий на гены, связанные с энергетическим метаболизмом (COX6A1, UQCRB, ND5), а также на вариации в близлежащих CNE, может способствовать восприятию и ответу на активные формы кислорода (ROS). Это, в свою очередь, может помогать смягчать повреждения от окислительного стресса, вызванного высокими метаболическими потребностями при двуногом скачкообразном передвижении тушканчиков.

Эволюционные выводы

После дивергенции в переходный период эоцена–олигоцена генетические изменения как в кодирующих, так и в некодирующих областях потенциально привели к эволюции конечностей, метаболизма энергии и воды, а также специализированных сенсорных систем тушканчиков. Описанные генетические инновации дают больше информации об экологической адаптации и фенотипической эволюции у млекопитающих.