Древний головоногий, новое понимание: Наутилус демонстрирует неожиданную систему половых хромосом
Наутилоиды — древняя линия головоногих с внешней раковиной, отделившаяся от своих родственников, осьминогов и кальмаров, более 400 миллионов лет назад.
Современные наутилусы, считающиеся живыми ископаемыми, представлены лишь несколькими видами в Южном Индо-Тихоокеанском регионе и внесены в Приложение II CITES.
До недавнего времени считалось, что у всех головоногих существует система определения пола ZZ/Z0, где самцы гомозиготны (имеют две одинаковые половые хромосомы), а самки гемизиготны (имеют только одну хромосому). Считалось, что эта система возникла около 480 миллионов лет назад у общего предка всех головоногих.
Однако исследование, опубликованное в Current Biology, опровергает это для современных головоногих. Учёные впервые обнаружили у наутилусов систему XX/XY, аналогичную человеческой, где гетерогаметным полом (XY) являются самцы.
Международная команда под руководством профессора Дэвида Комбоша из Морской лаборатории Университета Гуама, включая соавтора профессора Гонсало Гирибета из Гарварда, проанализировала три набора геномных данных.
В анализ вошли 28 геномов с низким покрытием и 63 набора данных RAD-seq от шести видов и девяти популяций наутилоидов.
С помощью байесовского анализа, выявления полоспецифичных различий в покрытии генома и паттернов гетерозиготности исследователи идентифицировали один сегмент ДНК как X-хромосому и пять сегментов как вероятные Y-связанные регионы. Эти пять Y-скаффолдов содержат 36 генов, большинство из которых были либо специфичны для самцов, либо значительно обогащены у самцов.
«Это первый случай, когда у головоногих были идентифицированы X- или Y-связанные последовательности», — отметил Гирибет. «Наши результаты показывают, что половые хромосомы у моллюсков гораздо более динамичны и специфичны для линии, чем предполагалось ранее».
Функциональная аннотация и поиск белков с помощью BLAST показали, что многие из этих генов имеют гомологию с человеческими генами, экспрессирующимися в репродуктивных тканях или связанными с половыми признаками.
Дальнейший анализ обогащения Gene Ontology подтвердил вовлечённость этих генов в полоспецифичные функции. Команда также определила, что хромосома №4 является X-хромосомой, а не Z-хромосомой, как считалось ранее.
Ключевым ограничением исследования стало отсутствие генома наутилуса на уровне хромосом, что не позволило полностью охарактеризовать структуру и эволюцию половых хромосом.
Тем не менее, эта работа закладывает основу для дальнейших геномных исследований других линий головоногих и имеет важное значение для биологии и сохранения этих животных. Несколько видов наутилусов в настоящее время имеют статус уязвимых из-за чрезмерного вылова и потери среды обитания. Лучшее понимание их генетики может напрямую повлиять на будущие природоохранные усилия.
«Наши результаты переписывают наше понимание определения пола у головоногих и помогают прояснить эволюционную историю этих удивительных животных», — сказал Комбош. — «Это напоминает нам, что в природе даже самые фундаментальные биологические системы могут быстро эволюционировать неожиданными способами».