Геном сельди раскрывает механизмы адаптации видов к окружающей среде

Новое исследование ученых из Университета Уппсалы и их коллег, опубликованное в журнале eLife, на основе полного секвенирования генома атлантической и балтийской сельди выявило сотни локусов, ответственных за адаптацию к малосоленой Балтийскому морю и за время нереста.

Атлантическая сельдь — одна из самых многочисленных рыб в мире. Ранее исследования, основанные на анализе очень небольшого числа генов, почти не выявляли генетических различий между сельдью из разных регионов, что было неожиданно, учитывая её способность размножаться как в Атлантике, так и в Балтийском море, солёность которого примерно в 10 раз ниже.

«Новое исследование показывает, что атлантическая сельдь — почти идеальная модель для изучения генов, лежащих в основе экологической адаптации», — говорит профессор Лейф Андерссон, руководивший исследованием. Огромная численность популяции делает случайные колебания частоты генетических вариантов незначительными, что обеспечивает исключительно хорошее соотношение сигнал/шум для обнаружения действия естественного отбора.

Учёные секвенировали полные геномы групп атлантической и балтийской сельди и обнаружили:

• Сотни участков генома, связанных с адаптацией к Балтийскому морю.
• Ряд генов, контролирующих время нереста (сравнивали осенненерестующих и весенненерестующих рыб). Это критически важно, так как от времени зависит выживаемость молоди.
• Доказательства, что в адаптацию вносят вклад как изменения в кодирующих белок генах, так и в участках ДНК, регулирующих экспрессию генов.
• Эволюцию адаптивных вариантов генов за счёт накопления множественных последовательных изменений в одном и том же гене.

«Атлантическая сельдь обладает богатым набором генетических вариантов, которые лежат в основе её способности адаптироваться к окружающей среде», — объясняет Сангит Ламмичаней, аспирант и соавтор исследования. Разные субпопуляции имеют свои оптимальные наборы адаптивных генов. Например, балтийская осенненерестующая и весенненерестующая сельдь имеют варианты генов, способствующие адаптации к низкой солёности. При этом осенненерестующая балтийская сельдь также разделяет варианты генов, контролирующих время размножения, с осенненерестующей сельдью Северного моря.

Значение исследования:

• Для рыболовства: Полученные данные о популяционной биологии сельди (пятый по величине промысел в мире) могут быть использованы для разработки более точных оценок запасов и устойчивого рыболовства.
• Для изучения климата: Идентификация генов, контролирующих время размножения, важна для понимания того, как виды могут справляться с изменением климата, поскольку оптимальное время для нереста может измениться из-за глобального потепления.

Учёные выявили более 500 локусов в геноме сельди, связанных с экологической адаптацией. Некоторые из этих генов ранее были ассоциированы с заболеваниями у человека, в то время как функции других совершенно неизвестны. Дальнейшее их изучение может привести к новым фундаментальным знаниям о функциях генов, релевантных и для медицины человека, поскольку большинство генов сельди есть и у человека и, как ожидается, выполняют сходные функции.