Идентифицированы гены, связанные с половой дифференцировкой у гигантской амазонской рыбы

Бразильские и немецкие ученые завершили совместный проект по секвенированию и анализу полного генома Arapaima gigas (арапаймы, пираруку). Этот вид демонстрирует самую высокую скорость роста среди известных пресноводных рыб. Его естественный ареал охватывает большую часть бассейна Амазонки.

Исследование привело к открытиям, которые помогают определять пол на ранней стадии, что облегчает разделение мальков для селекции и продажи. Оно также прокладывает путь для дальнейших исследований, связанных с генетическим улучшением вида.

Результаты исследования, поддержанного FAPESP, опубликованы в Scientific Reports.

Геном и определение пола

Секвенирование, выполненное группой под руководством Рафаэля Энрике Нобреги и Манфреда Шартля, привело к важным генетическим открытиям, связанным с гигантизмом и быстрым ростом. Оно также показало, что определение и дифференцировка пола у этого вида совместимы с системой определения пола XY-хромосом.

"Хотя у A. gigas нет гетероморфных половых хромосом, которые можно было бы обнаружить цитологически, мы идентифицировали исключительно мужские маркеры, подтверждающие существование системы определения пола XY-хромосом", — сказал Нобрега.

Были получены геномы разного размера для самцов и самок:

• Геном самца: 666 миллионов пар оснований.
• Геном самки: 664 миллиона пар оснований.

Для поиска способов определения пола мальков как можно раньше исследователи искали "половые маркеры" — части генома, однозначно связанные с одним полом.

"На основе анализа маркеров RAD, присутствующих в генетическом материале от 25 самцов и 25 самок, было обнаружено 30 маркеров RAD, которые присутствовали у большинства самцов, но отсутствовали у большинства самок", — сказал Нобрега.

Данные указывают на специфическую геномную область, характерную для самцов и не встречающуюся у самок, что можно считать совместимым с системой определения пола XY-хромосом.

Адаптивный успех и аквакультура

Исследователи также выявили 105 позитивно отобранных генов в геноме A. gigas, некоторые из которых связаны с ростом и делением клеток. Их функции ассоциированы в основном с развитием мышц и способствуют крупному размеру тела.

A. gigas может достигать почти 3 м в длину и весить до 220 кг. Мальки набирают 700 г на каждый кг потребленного корма. Арапаймы — облигатные воздуходышащие, получая до 95% кислорода из атмосферного воздуха.

"Эта комбинация необычных адаптаций делает A. gigas перспективным кандидатом для аквакультуры", — отметил Нобрега.

Сложность частично обусловлена недостаточными знаниями о его половом развитии для успешного разведения в неволе.

Секреторный орган

У A. gigas есть морфологическая специализация, связанная с размножением, — секреторный орган на голове, который, как считается, используется для заботы о потомстве. В репродуктивный период железа выделяет молочную жидкость, которая, вероятно, обеспечивает личинок питательными веществами.

"Результаты анализа транскриптома ткани секреторного органа предполагают, что выделяемая жидкость содержит соединения, которые предотвращают вступление самки в новый репродуктивный цикл, пока продолжается родительская забота. Кроме того, в жидкости содержатся факторы роста, которые могут объяснять очень быстрый рост мальков", — сказал Нобрега.