Секвенирование геномов кошачьих раскрывает новые детали их эволюции

Исследователи из Школы ветеринарной медицины и биомедицинских наук Техасского университета A&M (VMBS) и междисциплинарная команда выявили новые данные об эволюции кошачьих. Работа, опубликованная в Nature Genetics, объясняет, как виды — от львов и тигров до домашних кошек — эволюционировали, и проливает свет на связь генетических изменений с ключевыми для выживания способностями, например, обонянием.

Сравнив геномы нескольких видов, учёные выяснили, почему геномы кошачьих имеют меньше сложных генетических вариаций (таких как перестройки сегментов ДНК), чем у других групп млекопитающих, например, приматов. Также были получены новые данные о том, какие части ДНК кошек эволюционируют быстрее всего и как это влияет на видообразование.

Стабильность хромосом

Хромосомы разных видов кошачьих очень похожи. Например, хромосомы львов и домашних кошек почти не отличаются. В них гораздо меньше дупликаций, перестроек и других вариаций, чем у человекообразных обезьян.

Ключевым фактором оказалась частота сегментарных дупликаций — высокогомологичных копий сегментов ДНК в других частях генома. Чем их больше, тем выше вероятность перестроек хромосом. У кошачьих таких дупликаций в семь раз меньше, чем у приматов, что объясняет стабильность их геномов.

«Горячая точка» видообразования

Несмотря на общую стабильность, вариации существуют. Большинство генетических перестроек у кошачьих происходит в крупной области в центре X-хромосомы. Внутри неё находится специфический повторяющийся элемент DXZ4 (сателлитный повтор), который, как показали данные, во многом ответственен за генетическую изоляцию как минимум двух видов — домашней и болотной кошки.

DXZ4 не кодирует признак (например, цвет шерсти), но влияет на трёхмерную структуру X-хромосомы. Сравнение геномов показало, что DXZ4 эволюционирует быстрее, чем 99,5% остального генома кошачьих. Именно высокая скорость мутаций в этой области, вероятно, связана с видообразованием.

Эволюция обоняния и поведение

Используя новые высокодетальные последовательности геномов (метод trio binning), команда выявила чёткие связи между количеством обонятельных генов, социальным поведением и средой обитания.

• Львы и тигры: У тигров, ведущих одиночный образ жизни и нуждающихся в обходе огромных территорий для поиска добычи и партнёра, обнаружен больший репертуар обонятельных и феромонных рецепторов. У социальных львов, постоянно живущих в группах, таких генов меньше, что может отражать сниженную зависимость от феромонов.
• Домашние кошки: Потеряли широкий спектр обонятельных генов, что, вероятно, связано с жизнью рядом с человеком, где нет необходимости в дальних перемещениях для поиска ресурсов.
• Крапчатая кошка (Fishing cat): Этот вид, адаптированный к водной среде, сохранил множество генов для обнаружения водорастворимых одорантов — редкая черта среди наземных позвоночных. Все остальные изученные виды кошачьих эти гены со временем утратили.

Значение для науки и сохранения видов

Исследование подчёркивает, что различия между видами кошачьих имеют значение. Они показывают, как животные идеально приспособлены к своим природным условиям. Это ценная информация для природоохранных проектов.

Кроме того, работа демонстрирует, что наиболее сложные для секвенирования участки генома (как обонятельные, иммунные или репродуктивные гены) могут быть ключом к пониманию важнейших систем организма. Сборка полных геномов критически важна для изучения генетических заболеваний и биологических адаптаций.