У рыб начали активироваться «забытые» гены, благодаря которым эмбрионы месяцами живут без воды
Эмбрионы карликовых рыб размером с большой палец, перестают развиваться сразу после того, как начинает формироваться их мозг и сердце. В течение многих месяцев они находятся в состоянии анабиоза, известном как «диапауза», чтобы пережить длительные периоды засухи.
Ученые обнаружили, что африканская бирюзовая рыба-киллифиш использует древние гены из своего генома, которые возникли более 473 млн лет назад, чтобы выживать в условиях засухи. Способность этой рыбы входить в диапаузу появилась около 18 млн лет назад, когда она стала обитать во временных водоемах.
Изучение генов, активированных во время диапаузы, указывает на то, что для приобретения этого навыка рыбе пришлось активировать очень старые генетические механизмы. «Хотя способность к диапаузе появилась недавно, гены, ответственные за нее, древние», — объясняет молекулярный биолог Энн Брюнет из Стэнфордского университета. «Мы обнаружили, что большинство генов, специализированных на диапаузу у этих рыбок, являются очень старыми паралогами. Это указывает, что они были продублированы у общего предка всех позвоночных».
Паралоги представляют собой пары генов, возникающие в результате копирования одного гена и вставки его в геном, находящийся либо на той же хромосоме, либо на другой. Кроме случайных мутаций, это удвоение генов является одним из основных способов появления новых генов или приобретения ими новых функций. Команда Брюнета выяснила, что у бирюзовой рыбы-киллифиш один из генов в каждой паре паралогов имеет высокую экспрессию во время диапаузы, в то время как другой ген активирован в процессе активного развития. «Весь процесс похож на смену дня и ночи», — говорит Брюнет.
Сравнивая африканскую рыбу с другими видами рыб, у которых есть и нет диапаузы, ученые обнаружили, что киллифиш активировала части своего генома, чтобы использовать тысячи древних паралогов для диапаузы. Предположительно в поисках способов адаптации к суровым окружающим условиям специализированные гены-паралоги в геноме этой рыбы стали более доступными для клеточного механизма, который переводит эти гены в функциональные белки. Это изменение в геноме привело к изменению обмена липидами, за счет чего эмбрионы африканской рыбы теперь производят больше длинноцепочечных жирных кислот во время диапаузы. Ученые считают, что это может защитить их геном от повреждений.
«Киллифиш — единственные нам известные позвоночные, способные, находясь на позднем этапе развития, вступать в диапаузу», — говорит Парам Прия Сингх, биоинформатик из Университета Калифорнии в Сан-Франциско, возглавившая исследование вместе с компьютерным биологом Адамом Ривзом из университета Стэнфорда. «У них развивается мозг и сердце, которое перестает биться в диапаузе, а затем снова начинает работать». Предыдущие исследования показали, что такая приостановка развития на критическом, казалось бы, этапе, не сокращает продолжительность жизни полностью развитого взрослого киллифиша.
Ранее сообщалось про новый метод анализа, который показывает, что рыбы и беспозвоночные животные значительно больше страдают от более теплой и кислой морской воды, чем считалось ранее. Такой вывод сделан в исследовании, проведенном под руководством морского биолога NIOZ Катарины Альтер.
