Сотрудники молодежной лаборатории антропогенной динамики экосистем КамГУ им. Витуса Беринга совместно с ИПЭЭ РАН исследуют пути эволюции лососевых при освоении новых экологических ниш.
В ходе реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» учёные выполнили поиск ключевых генов и регуляторов развития, которые изменяют свои функции для успешной адаптации лососевых рыб к потреблению новых кормов и обитанию в новых условиях. Моделью исследования стали шесть эндемичных видов гольцов из Кроноцкого озера, образовавшиеся из единой предковой популяции в одной экосистеме за 12 тысяч лет.
Благодаря программе «Приоритет 2030» совместно с ИПЭЭ РАН ученые выполнили поиск ключевых генов и регуляторов развития, которые изменяют свои функции для успешной адаптации лососевых рыб к потреблению новых кормов и обитанию в новых условиях». Моделью исследования стали шесть эндемичных видов гольцов из Кроноцкого озера, расположенного на территории Кроноцкого государственного природного биосферного заповедника, образовавшиеся из единой предковой популяции в одной экосистеме за 12 тысяч лет.
«Основываясь на результатах исследований молекулярной эволюции окунёвых рыб, наша научная группа предположила, что специфические признаки строения головы у лососевых (положение ноздрей, размер и ширина раскрытия рта, число зубов) возникают за счёт точечных мутаций в генах регуляторов роста и специализации хрящевой ткани, а также разной интенсивности экспрессии (ред. "процесс, в ходе которого наследственная информация от участка ДНК преобразуется в функциональный продукт — белок") этих регуляторов и генов, отвечающих за процессы энергетического метаболизма», – пояснила заведующая лабораторией Дарья Паничева.
В ходе проекта сотрудники лаборатории получили эмбрионы кроноцких гольцов на природных нерестилищах и провели инкубацию в контролируемых лабораторных условиях, чтобы отобрать образцы тканей передней части головы у вылупившейся молоди. Далее из образцов была выделена тотальная РНК и секвенированы полные экзомы. При помощи современных биоинформатических методов учёные распознали более 90% последовательностей и выяснили, какие функции в развитии кроноцких гольцов выполняют гены с новыми мутациями и изменённой интенсивностью экспрессии относительно предка и родственных видов.
«Мы выяснили, что адаптации начинают формироваться в раннем развитии за счёт дифференциальной экспрессии ограниченного набора регуляторов генетических каскадов и функциональных белков, изменённых точечными мутациями их генов. Мутации сосредоточены на участках генома, кодирующих регуляторы развития хрящевой ткани, метаболического ответа на сигналы гормонов, а также регуляторы ионной проводимости. Дифференциальная экспрессия немногих ключевых регуляторов развития запускает сложные каскадные процессы, и в результате на более поздних стадиях развития у близкородственных видов по - разному считываются целые блоки генома, тысячи генов», – рассказал руководитель проекта Евгений Есин.
Неожиданностью для исследователей стала важность роли не только процессов развития хряща и чувствительности тканей к гормонам, но и изменение функций контроля ионной регуляции. У близкородственных видов сильно изменены скорость и эффективность проведения сигналов по нервным волокнам и внутри клеток соматических тканей. Это обеспечивает разную скорость роста и развитие тканей в голове. Полученные результаты объясняют каким образом возможно быстрое появление множества новых видов с разной морфологией в единой экосистеме.