Дупликація гена дозволила морським колюшкам вижити на прісноводній дієті

Для освоєння нової екологічної ніші організмам зазвичай потрібна додаткова адаптація, але іноді вона може бути мінімальною. Результати нової статті говорять, що колюшкам дупликація всього одного гена допомогла освоїти прісні води.

Життя риб у прісній і морській воді відрізняється за багатьма параметрами. При цьому існують види спочатку морських риб, які успішно колонізували прісні водойми. Незважаючи на переваги, які надає захоплення нової екологічної ніші, інші види на таке нездатні. Гарним прикладом служать колюшки - невеликі рибки, що відносяться до лучеперих. - тригла колюшка - справжній космополіт, окремі підвиди водяться як у відкритому океані, так і в прісних водах. Його близькі родичі - з Японського моря і мешкають тільки в морській воді. Асано Ішикава (Asano Ishikawa) з національного інституту генетики і його колеги вирішили з'ясувати, що лежить в основі цієї різниці.

Одна з особливостей морських харчових ланцюгів - велика кількість докозагексаєнової кислоти (DHA). Вона відноситься до тих самих омега-три кислоти, заради яких люди п'ють риб'ючий жир, і відіграє важливу роль у розвитку організмів. Харчові ланцюги прісноводних водойм збіднені цією речовиною і в раціоні місцевих риб його набагато менше. Дослідники припустили, що брак DHA може виявитися критичним для завоювання річок японськими морськими колюшками. Вони спробували годувати мальків колюшки прісноводною їжею без DHA і з'ясували, що при інших рівних японські морські колюшки набагато гірше переносять цей тип харчування, ніж їхні родичі-космополіти.

Виявилося, що ця відмінність має генетичне підґрунтя. Колюшки в принципі можуть самостійно синтезувати потрібну їм кислоту, але ген, який кодує ключовий фермент біосинтезу, представлений у прісноводних і морських мешканців в середньому різним числом копій. У всіх трьох видів колюшок цей ген є на статевій X-хромосомі, але у трьохіглої дослідники виявили додаткові копії на 12 хромосомі. Аналіз триглих колюшок з усього світу показав, що додаткову копію на 12 хромосомі вони отримали близько 800 тисяч років тому, задовго до основного освоєння прісних вод. Колонізація відбувалася кілька разів незалежно, і, імовірно, щоразу в цьому допомагала давня дуплікація. Також дослідники з'ясували, що у багатьох видів справа не обійшлася всього однією дупликацією і в цілому у прісноводних лучеперих риб копійність вище порівняно з їх морськими родичами. Можливо, збільшити копійність рибам допомагають транспозони, які розташовані навколо гена на 12 хромосомі. Ці мобільні елементи можуть пересуватися і копіюватися всередині геному, прихоплюючи разом із собою прилеглі ділянки ДНК.

Автори статті припустили, що «потужності» з X-хромосоми не вистачає японським морським колюшкам для виживання на дієті, бідній DHA. Щоб перевірити це на практиці, вони генетично модифікували японських колюшок, подвоївши цей ген. Мальки таких рибок краще виживали на прісноводній дієті і накопичили в тілі більше DHA, ніж контрольні рибки, яким замість вставили ген GFP.

Нещодавно ми розповідали про хитре пристосування, яке, імовірно, дозволило співочим птахам стати найчисленнішим підрядом і захопити безліч екологічних ніш на всіх континентах. У них була виявлена додаткова хромосома, яка живе тільки в статевих клітинах.