Геном комодского варана раскрывает секреты его эволюции

Комодские вараны — крупнейшие ящерицы в мире. Эти хищники весом до 200 фунтов могут обнаружить добычу с расстояния до 7,5 миль. И хотя они хладнокровны, они способны разгонять свой метаболизм почти до уровня млекопитающих, что даёт им высокую скорость и выносливость. Однако учёные мало понимали, как ДНК этих удивительных ящериц кодирует такие поразительные характеристики.

Новое исследование учёных из Институтов Глэдстоуна, в тесном сотрудничестве с UCSF и Zoo Atlanta, предоставило первую высококачественную последовательность генома комодского варана, а также понимание его эволюции.

"Мы начали проект 9 лет назад, чтобы изучить, как эволюционируют геномы, но для этого сначала нужны были сами последовательности", — сказал старший автор исследования Бенуа Брюно, доктор философии.

Команда изучила ДНК двух комодских варанов из Zoo Atlanta по кличке Слэшер и Ринка, чьи образцы крови были получены во время плановых ежегодных осмотров.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, предоставляет эталонную последовательность генома комодского варана, которую теперь можно использовать для секвенирования геномов других позвоночных.

"Геномы позвоночных большие и содержат много повторяющихся последовательностей", — объяснила Кэтрин Поллард, доктор философии, соавтор исследования. "Большинство технологий секвенирования производят только короткие фрагменты последовательности за раз".

Чтобы обойти эту проблему, команда использовала многоплановый подход, включая секвенирование длинных фрагментов и физическое картирование.

Получив последовательность, учёные с помощью вычислительных инструментов сравнили её с геномами других рептилий, чтобы понять уникальность генома комодского варана.

Ключевые адаптации

Исследователи искали изменения в геноме, которые помогли варану адаптироваться к среде и прошли процесс положительного отбора. Замечательное открытие заключалось в том, что положительный отбор сформировал несколько генов, вовлечённых в функцию митохондрий — энергетических станций клетки, контролирующих работу сердца и других мышц.

"Наш анализ показал, что у комодских варанов многие гены, участвующие в производстве и использовании энергии клеткой, быстро изменились таким образом, что увеличили аэробную способность ящерицы", — сказала первый автор исследования Абигейл Линд, доктор философии. "Эти изменения, вероятно, являются ключом к способности варана достигать метаболизма, близкого к млекопитающим".

"Наше исследование показало, что секрет — в этих митохондриальных адаптациях для увеличения сердечного выброса", — объяснил Джозеф Р. Мендельсон III, доктор философии, из Zoo Atlanta.

Кроме того, исследователи обнаружили, что у комодских варанов, как и у некоторых других ящериц, неожиданно большое количество генов, кодирующих химические сенсоры, известные как вомероназальные рецепторы. Эта сенсорная система позволяет животным обнаруживать гормоны и феромоны, что важно для распознавания сородичей, выбора партнёра, избегания хищников и охоты.

В геноме комодо команда обнаружила более 150 копий генов одного класса вомероназальных рецепторов. Многие из этих генов уникальны для каждого вида ящериц, что позволяет предположить, что рецепторы варана могут функционировать специфическим для комодо образом.

"Будет интересно определить, объясняет ли это способность комодских варанов обнаруживать добычу на таких больших расстояниях", — сказал Брюно.

Значение исследования

Завершённая последовательность генома представляет собой бесценный ресурс для:

• Биологов-охранников, изучающих экологию комодских варанов.
• Учёных, исследующих эволюцию позвоночных.
• Команды Брюно, которая планирует изучить, как изменились гены, контролирующие формирование сердца (у большинства рептилий трёхкамерное сердце, а у млекопитающих — четырехкамерное).

"Значение этого исследования выходит далеко за рамки комодских варанов", — сказал Мендельсон. "Оно даёт нам основу для сравнения других секвенированных животных и понимания генетической основы эволюции их характеристик. Этот проект также подчеркивает важность сохранения биоразнообразия и роль зоопарков в масштабных исследованиях без вреда для животных".