«Суперген» лежит в основе генетических различий в половом поведении самцов турухтана

Турухтан — это евразийский кулик, демонстрирующий впечатляющее токовое поведение, когда ярко украшенные самцы соревнуются за самок. Две научные группы сообщают, что самцы с альтернативными репродуктивными стратегиями несут хромосомную перестройку, которая сохранялась как сбалансированный генетический полиморфизм около 4 миллионов лет.

Оба исследования, одно из которых возглавляли учёные из Уппсальского университета, опубликованы сегодня в Nature Genetics.

На токах этого вида встречаются три разных типа самцов:

• «Независимые» — демонстрируют яркие воротники и хохолки, яростно сражаются за территории.
• «Спутники» — немного мельче Независимых, не защищают территории, имеют белые воротники и хохолки.
• «Федеры» — имитируют самок малыми размерами и отсутствием украшающих перьев, не защищают территорию.

Независимые и Спутники демонстрируют замечательное взаимодействие: Спутники позволяют Независимым доминировать на току. Оба типа выигрывают, так как это повышает их успех в спаривании, привлекая готовых к размножению самок. Федеры же получают шанс спариться, когда другие самцы заняты взаимодействиями друг с другом.

Предыдущие работы указывали, что эти различия находятся под строгим генетическим контролем и определяются одной генетической областью. Чтобы понять, как такие сложные различия могут иметь простую генетическую основу, исследователи секвенировали полные геномы самцов всех трёх морф.

Открытие «супергена»

Учёные обнаружили, что и Спутники, и Федеры несут «суперген» — не отдельный ген, а кластер из примерно 90 генов, объединённых хромосомной инверсией. Это означает отсутствие генетического обмена между тремя морфами. Разница в последовательности между вариантами хромосом достигает 1.4%, что больше средней разницы между хромосомами человека и шимпанзе. Инверсия произошла примерно 4 миллиона лет назад.

Генетические причины различий

«Суперген» содержит пять генов, участвующих в метаболизме стероидных гормонов. Особенно важно обогащение генетическими изменениями вблизи гена HSD17B2, который кодирует фермент, превращающий активный тестостерон в неактивную форму. У Независимых уровень тестостерона значительно выше, что, по мнению учёных, и приводит к изменённому поведению.

Исследование также объясняет сильную связь между изменённым поведением и белой окраской у Спутников: «суперген» содержит как гены вроде HSD17B2 (влияющие на метаболизм гормонов), так и ген MC1R, контролирующий пигментацию.

Эволюционное значение

Альтернативные стратегии развились, потому что борьба за территории и самок энергетически затратна и рискованна. Эволюционный процесс начался с возникновения инверсии около 4 млн лет назад, которая сама по себе изменила регуляцию генов метаболизма гормонов, создав примитивную альтернативную морфу. Затем она постепенно совершенствовалась за счёт накопления множества генетических изменений.