Определена последовательность генома антарктической ледяной рыбы
Геном ледяной рыбы показывает адаптацию к экстремальным условиям Антарктики
Многонациональная группа исследователей успешно определила последовательность генома антарктической ледяной рыбы — крокодиловой белокровки (Chaenocephalus aceratus), которые эволюционировали в течение последних 77 миллионов лет, чтобы выжить в экстремальных антарктических температурах.
Антарктические ледяные рыбы являются членами семейства Channichthyidae.
Эти «белокровые» существа обитают в самой холодной морской среде Земли и являются единственными позвоночными, у которых отсутствуют функциональные эритроциты и функциональные гены гемоглобина. Подобное явление объясняется адаптацией к суровым условиям Антарктики и отрицательной температуре воды в Южном океане, близкой к точке замерзания.
Кровь ледяной рыбы переносит кислород исключительно в физическом растворе, в результате чего способность переносить кислород на единицу объема крови составляет менее 10% от объема крови у близкородственных антарктических нототениоидных рыб.
Черноперой ледяной рыбе, наряду с 5 другими видами среди 25 признанных видов ледяных рыб, также не хватает связывающих кислород белков, называемых миоглобинами.
У ледяных рыб развивались механизмы, которые, по-видимому, компенсируют потерю этих кислородсвязывающих белков, в том числе огромные сердца с увеличенным объемом по сравнению с размером тела, улучшенными сосудистыми системами и изменениями плотности и морфологии митохондрий.
«У человека такие черты обычно сигнализируют о болезни. Эти приспособления, однако, помогают рыбе выжить», — сказал профессор Орегонского университета Джон Постлетвейт, один из ведущих авторов исследования.
Популяции ледяной рыбы впервые появились в конце плиоцена после того, как температура поверхности Антарктиды упала на 2,5 градуса по Цельсию. Около 77 миллионов лет назад они отошли от линии своих общих предков, а затем разработали фенотипы, которые были лучше приспособлены к холоду.
Чтобы помочь исследовать геномную основу этих экстремальных эволюционных адаптаций, ученые секвенировали геном ледяной черноперой рыбы. Они собрали экземпляры рыб с различных глубин.
Наряду с геномной ДНК, РНК была извлечена из 12 тканей — мозга, глаза, жабры, сердца, кишечника, почек, печени, мышц, яичников, кожи, селезенки и желудка — чтобы понять, какие гены использует каждый орган. Ученые нанесли на карту 30 773 кодирующих белок гена и то, как они локализуются вдоль хромосом.
«В ледяной рыбе и других нототениоидных рыбах произошла смена генов, в результате которой были получены антифризные белки, помогающие им выжить — адаптация, обнаруженная в 1970-х годах» — говорят ученые.
Геномная сборка и карта связей обнаруживают замечательную стабильность содержания 24 хромосом среди костистых рыб, включая медаку (японскую рисовую рыбу), европейского морского окуня и черноперую ледяную рыбу, охватывающую 110 миллионов лет, особенно по сравнению с хромосомными изменениями у млекопитающих за тот же период времени.
Наибольшее расхождение касалось генов ледяной рыбы и морского окуня, что свидетельствует об изменениях от холода.
«Наши результаты показывают, что число генов, участвующих в защите от повреждения ледяной водой, включая гены, кодирующие антифризные гликопротеины, сильно расширено в геноме ледяной рыбы», — говорят исследователи.
Bo-Mi Kim et al. 2019. Antarctic blackfin icefish genome reveals adaptations to extreme environments. Nature Ecology & Evolution 3: 469-478; doi: 10.1038/s41559-019-0812-7