Генетическая основа мужского украшения у рыб-меченосцев
У самцов многих видов есть яркие, но зачастую непрактичные признаки, которые помогают в привлечении партнёра. Учёные впервые определили генетические основы такого мужского украшения — «меча» у рыб-меченосцев (Xiphophorus hellerii).
Эволюционная загадка
Чарльз Дарвин использовал меченосцев для иллюстрации теории полового отбора: если самки предпочитают самцов с ярким украшением, этот признак может закрепиться в эволюции, даже будучи вредным для выживания. У самцов некоторых видов Xiphophorus «меч» — это удлинение нижнего края хвостового плавника с жёлтой, оранжевой или красной пигментацией и тёмной каймой. Он развивается в период полового созревания, может достигать длины тела рыбы, затрудняет плавание и привлекает хищников, но повышает успех у самок.
Поиск генов-кандидатов
Учёные из Вюрцбурга, Констанца и США использовали поэтапный подход:
- Транскриптомный анализ: Выявили 329 генов, активных специфически в зоне развивающегося «меча», но не в других частях плавника.
- Сравнение полов: Исключили гены, одинаково активные у самок и самцов. Осталось 255 кандидатов. Обнаружили, что пространственный паттерн пяти транскрипционных факторов (Zic1, Hoxb13a, Six2a, Tbx3a, Pax9), задающий предпосылки для развития «меча», присутствует и у самок.
- Генетическое картирование: Скрещивание самцов-меченосцев с самками родственного вида, утратившего «меч». Анализ геномов потомства с «мечами» разной длины позволил сопоставить хромосомные сегменты с формированием признака. В итоге осталось три гена-кандидата.
Ключевой ген
Основную роль играет ген kcnh8. Он кодирует калиевый канал, важный для передачи и обработки сигналов в нервной системе. Исследования показали:
- kcnh8 высоко экспрессирован именно в зоне формирования «меча» в ходе нормального развития и при обработке мужскими гормонами.
- В других областях плавника самцов и в хвостовых плавниках самок его экспрессия слабая.
- Уровень экспрессии kcnh8 напрямую коррелирует с длиной «меча».
Вывод: Эволюция мужского украшения у меченосцев (3–5 млн лет назад) связана с рекрутированием гена с первичной нейронной функцией (kcnh8). Новая функция возникла не за счёт структурных изменений в гене, а благодаря изменениям в его регуляции.
Исследование опубликовано в журнале Current Biology.