Молекулярные механизмы нерестовых привычек в адаптивной радиации эндемичных восточноазиатских карповых рыб

Адаптивные радиации представляют собой быстрое ветвление в древе жизни и являются ключевым драйвером биоразнообразия. Во время таких радиаций признаки, связанные с экологической и репродуктивной изоляцией, играют важную роль в формировании биоразнообразия.

Эндемичные восточноазиатские карповые, Xenocyprididae, — это естественная группа пресноводных рыб, быстро эволюционировавшая в Восточной Азии. Предполагалось, что их эволюционная радиация произошла через изменение нерестовых привычек: переход от полуплавучей икры к клейкой в ответ на формирование связанных речно-озёрных систем. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе этих изменений, оставались неисследованными.

В исследовании, опубликованном в Research, группа под руководством профессора Се Пина из Института гидробиологии Китайской академии наук раскрыла новые молекулярные механизмы, связанные с гидратацией и адгезивностью икры пресноводных рыб, и определила ключевые молекулярные механизмы адаптивной радиации эндемичных восточноазиатских карповых.

Учёные сравнили полуплавучую икру шести видов (Cuter alburnus-B, Hypophthalmichthys molitrix, H. nobilis, Ctenopharyngodon idella, Mylopharyngodon piceus и Squaliobarbus curriculus) с клейкой икрой трёх видов (C. alburnus-A, Megalobrama amblycephala и C. dabryi) из этой группы.

Критические молекулярные механизмы гидратации и адгезивности были выявлены на основе биохимического состава, морфологических характеристик, гистохимического окрашивания, мультиомиксных анализов, иммунофлуоресценции и тестов с ингибиторами.

Исследователи обнаружили, что:

• Полуплавучая икра усиливает гидратацию за счёт увеличения деградации желточного белка и накопления ионов Ca²⁺ и Mg²⁺.
• Клейкая икра улучшает адгезивность и твёрдость оболочки яйца, производя адгезивный слой и уникальный четвёртый слой в оболочке.

Мультиомиксные анализы и проверочные тесты показали, что в процессе адаптивной радиации клейкая икра:

• Снижает экспрессию путей деградации вителлогенина, цинк-металлопротеазного пути, убиквитин-протеасомного пути, а также путей активного транспорта Ca²⁺ и Mg²⁺, чтобы уменьшить гидратацию.
• Повышает экспрессию сшивок микрофиламент-ассоциированных и адгезивных белков, белков, отвечающих за отверждение оболочки яйца, и биосинтеза гликозаминогликанов в яичнике для создания адгезивности.

Результаты исследования раскрыли молекулярные механизмы гидратации и адгезивности икры пресноводных рыб и прояснили потенциальный механизм эволюции клейкой икры из полуплавучей в ходе адаптивной радиации. Эти ключевые свойства икры могут функционировать как «магические признаки» в данной адаптивной радиации.