ScienceDaily (Dec. 28, 2009) — международная команда ученых открыла каким образом изменения генетической экспрессии и последовательности генов приводит к разнообразию зрительных систем африканских цихлид.

В исследовании, опубликованном 21 декабря 2009 года, в журнале PLoS Biology доцент Karen Carleton, вместе с кандидатом наук Chris Hofmann и аспирантом Kelly O’Quin в университете Мэриленда факультета биологии и сотрудники Justin Marshall, университет Квинсленда, Tom Cronin, университет Мэриленда, Балтимор, а также Ole Seehausen из университета в Берне описали свыше 60 видов цихлид озера Малави и Виктория, у которых зрительная чувствительность адаптировалась в ответ на специфические экологические факторы, включающие то, чем они питаются и чистоту воды, в которой они плавают.

Биологи эволюционисты пытаются понять механизмы откладывания генетических изменений, которые приводят к значительному разнообразию жизни на Земле. Имеется два важных молекулярных механизма, которые вносят вклад в разнообразие — изменения последовательности генов и изменения пути выраженности генов, включающие когда, где и как много генов будет образовано. Данное исследование является одной из первых работ, которая рассматривает каким образом последовательность генов и генетическая экспрессия могут вносить вклад в одни и те же особенности и показывать, что они взаимно дополняют друг друга.

«Африканские цихлиды являются одними из наиболее разнообразных животных на планете. Их зрительная система значительно различается в чувствительности и представленности некоторых существенных отличий, известных у позвоночных, » — объясняет Hofmann. «Все ещё остается малопонятно, почему такое разнообразие существует. Наши обнаружения имеют важное приложение для понимания как факторов, так и механизмов, ответственных за создание биоразнообразия.»

Цихлиды имеют несколько различных генов кон-опсина, которые позволяют им определять свет и ультрафиолетовые области спектра. Различные виды экспрессируют различные подмножества данных опсинов для образования вариантов зрительных систем. Команда исследователей обнаружила, что цихлиды в чистой воде озера Малави экспрессировали широкое множество опсинов. У близкородственных видов они отличались тем, что последние используют либо коротковолновые, либо длинноволновые комбинации генов.

Метод добычи пропитания был ключевым фактором, воздействующим на зрение рыбок. Рыбки, которые первоначально находились на диете и питались только зоопланктоном имели более развитую УФ-чувствительность, которая позволяла им определять присутствие таким крохотных прозрачных водных организмов, абсорбирующих ультрафиолетовое излучение. В противоположность этому, цихлиды мутных вод озера Виктория экспрессировали длинноволновые комбинации опсиновых генов, не взирая на то, что они едят.

Эта длинноволновая комбинация сопоставима со светом, который является наилучшим передатчиком сквозь мутную воду. Немногие рыбки озера Виктория, обитающие на открытой воде включали коротковолновые гены, что свидетельствовало о том, что экспрессия опсина сопоставима со светом в окружающей среде. К тому же экспрессия генов опсина в обоих озерах является адаптивно детерминированной, основанной на важных экологических переменах.

Авторы также исследовали изменения в последовательности генов данных опсинов, которые точно регулируют чувствительность зрительного пигмента в коротко- и длинноволновых концах спектрального ряда.

«Когда вы получаете крайние значения светового спектра, не имеется генов, которые могут включаться или отключаться, таким образом, имеется только путь увеличения чувствительности при изменении структуры генов,» — сказал O’Quin. Кроме того, данное исследование представляет модель эволюции органов чувств, в которой как молекулярные генетические механизмы работают в созвучии.

Предыдущая работа Ole Seehausen, Karen Carleton, Nori Okada и коллег (Nature, 455, 620-626, 2 October 2008) продемонстрировала, что цветовое зрение играет ключевую роль в опознании цихлидами различных видов и выборе пар.

«Ранее, мы показали, что изменения в генетической последовательности опсина вносит вклад в образование новых видов,» сказал Carleton. «Скорость, с которой изменяется экспрессия генов опсина свидетельствует о том, что он может также вносить вклад в создание немыслимого разнообразия цихлид.»

Авторы продолжают свою работу на других Великих Африканских Озерах, а также на рыбках кораловых рифов, для лучшего понимания как формируется биоразнообразие.

source: www.sсiеnсеdаily.соm/rеlеаsеs/2009/12/091222174917.htm