Эволюция потери желудка у рыб: ключевые гены
Некоторые группы костистых рыб (лучепёрых) в ходе эволюции утратили желудок. К таким безжелудочным (агастрическим) рыбам относятся медаки, карповые, иглобрюхи и губаны. Механизмы этой регрессивной эволюции оставались неясными.
Исследователи из Токийского технологического института, Колледжа медицины клиники Мэйо и Института атмосферных и океанических исследований Токийского университета под руководством доцента Акиры Като выявили ключевые генетические изменения.
Ключевые гены, утраченные у агастрических рыб
Сравнительный геномный анализ показал, что у агастрических рыб отсутствуют или инактивированы (псевдогенизированы) четыре гена, необходимых для функции желудка:
- slc26a9 – кодирует транспортер ионов хлора.
- kcne2 – кодирует регуляторную субъединицу калиевого канала.
- cldn18a – кодирует белок барьера, защищающего клетки желудка от повреждения ионами водорода.
- vsig1 – участвует в контроле развития желудка.
Функции slc26a9 и kcne2 критически важны для секреции желудочной кислоты (например, соляной HCl). Утрата этих генов делает формирование функционирующего желудка невозможным.
Конвергентная эволюция на генном уровне
- У рыб: Утрата одного и того же набора генов (slc26a9, kcne2, cldn18a, vsig1) независимо произошла у четырёх основных линий агастрических костистых рыб.
- У млекопитающих: Яйцекладущие млекопитающие, утратившие желудок (ехидна и утконос), также демонстрируют делецию или псевдогенизацию генов kcne2 и vsig1.
- Мутации: У агастрических рыб ген cldn18, если и присутствует, несёт мутации по сравнению с желудочными рыбами.
Эти данные указывают на генотипическую конвергенцию – независимую утрату сходного набора генов, связанную с потерей желудка у разных групп животных.
Компенсаторные механизмы
Исследование также показало, что у желудочной рыбы колюшки гены kcne2, pga, pgc, vsig1 и cldn18a экспрессируются и в других органах, помимо желудка. Это позволяет предположить, что у агастрических рыб другие гены могут компенсировать нежелудочные функции утраченных генов, что облегчило их потерю в ходе эволюции.
Вывод: Независимая утрата сходного «кассетного» набора генов, необходимых для формирования и функции желудка, лежит в основе конвергентной эволюции потери желудка у нескольких линий рыб и некоторых млекопитающих.