Генетические причины дисфункции у гибридов
Популяция гибридных рыб, живущая в небольшом водоеме в Мексике, — результат многопоколенного скрещивания меченосцев двух видов: высокогорного и «барашкоголового». Лаборатория Молли Шумер из Стэнфорда годами изучает этих рыб, чтобы понять эволюцию гибридов.
«Мы начинаем осознавать, что гибридизация затрагивает виды по всему древу жизни, включая наш собственный — многие из нас несут гены неандертальцев и денисовцев», — говорит Шумер. Понимание гибридизации и эффектов генов, переместившихся между видами, важно для понимания наших собственных геномов.
В новой статье, опубликованной 14 мая в Science, исследователи определили два гена, ответственных за развитие меланомы у самцов гибридов высокогорного и «барашкоголового» меченосцев. Это лишь второй случай, когда дисфункция у гибридов позвоночных прослежена до конкретных генов.
Особенная популяция
Потомство от скрещивания разных видов часто имеет генетические дефекты (например, бесплодные мулы). Чтобы найти ответственные за это гены, нужны гибриды, достаточно жизнеспособные для размножения в течение многих поколений. Иначе фрагменты геномов от родительских видов слишком велики, чтобы отследить влияние отдельного гена.
Гибриды меченосцев — уникальный объект. Они скрещиваются около 45 поколений, их геномы содержат небольшие фрагменты ДНК родителей, что позволяет анализировать гены по отдельности.
«Мы знаем о генетической несовместимости с 1940-х годов, но самих генов, вызывающих негативные взаимодействия, известно мало», — говорит Дэниел Пауэлл, ведущий автор статьи. «Наша система с этими рыбами позволяет решить этот вопрос».
Поиск генов
Чтобы найти гены, ответственные за меланому у гибридов, ученые сначала изучили чистых «барашкоголовых» меченосцев и происхождение черных пятен (не раковых) у некоторых из них. Анализ геномов почти 400 рыб связал эти пятна с наличием гена xmrk. Этот же ген был более активен у гибридов с меланомой. В целом, xmrk объяснял 75% вариаций в пятнистости как у чистых рыб, так и у гибридов.
Исследователи также обнаружили, что другой ген — cd97 (унаследованный от высокогорных меченосцев) — был более активен у высокогорных меченосцев и гибридов. Генетические данные указывают, что cd97 и xmrk каким-то образом взаимодействуют, вызывая меланому у гибридов.
Интересно, что ни один из этих генов не связан с меланомой у родительских видов, но оба ассоциированы с раком у других животных. Например, у гибридов другого, отдаленно родственного вида меченосцев, xmrk взаимодействует с другим геном (не cd97), вызывая меланому, а ген, родственный cd97, связан с раком у людей.
«Мы получили конкурирующие, но не исключающие друг друга идеи о несовместимости гибридов и болезнях», — говорит Пауэлл. Результаты подтверждают, что некоторые гены могут быть уязвимы для «поломки» у разных видов, что удивительно, учитывая случайность эволюции. Но также есть свидетельства разнообразия генетических причин для схожих дисфункций.
Будущие вопросы
«То, к чему мы пришли сейчас, — лучший вид научного проекта: он поднимает гораздо больше вопросов, чем дает ответов, и направляет в разные стороны», — говорит Шумер.
В будущем исследователи хотят выяснить, почему гибриды с меланомой имеют меньшую выживаемость. Также интересно, почему у многих рыб есть эта меланома — возможно, самки предпочитают самцов с крупными черными пятнами. Ученые планируют проверить, «ломаются» ли гены у гибридов предсказуемо или обнаруженное с xmrk и cd97 ближе к совпадению.