Используя рыб, выращенных в Государственном университете Вашингтона, международная группа исследователей картировала генетический профиль радужной форели, лососевых, недавняя генетическая история которых прольет свет на возникновение позвоночных животных.
Группа из 30 ученых под руководством Янна Гвигвина (Yann Guiguen) из французского Национального института сельскохозяйственных исследований опубликовала результаты своей работы в журнале «Nature Communications».
Исследователи сосредоточились на скорости, с которой возникают новые гены. События удвоения генов очень редкие, и у радужной форели они произошли примерно 100 миллионов лет назад. В отличие от большинства эволюционных процессов с вовлечением мутаций и отбора полезных качеств, события удвоения копируют кусочек проекта, который может быть изменен и переделан без риска исчезновения ранней версии.
Обычно удвоения ускользают из поле зрения науки, в связи с их выбраковкой в последующих поколениях. Но так как 100 миллионов лет являются относительно коротким промежутком времени для этих событий, исследователи форели получили эффект проблеска в эволюционном процессе.
«У человека и большинства позвоночных удвоение старше, поэтому они содержат меньше таких участков. Многие дубликаты генов утеряны или изменены настолько, что не могут быть распознаны. У форели и лосося мы можем наблюдать ранние этапы данного процесса, когда многие дубликаты ещё присутствуют», сказал Гари Торгаард (Gary Thorgaard), соавтор и биолог Вашингтонского университета, который в течение 40 лет специализируется на изучении генов форели.
Радужная форель (Oncorhynchus mykiss) имеет одну из наиболее успешных историй. Она встречается в природе и неволе. В естественных условиях особи данного вида изобилуют в широком диапазоне температур и качества воды. Вследствие активного разведения, радужная форель распространилась в водах шести континентов.
Только в Вашингтоне государственные хозяйства зарыблены более 16 млн. особями в озерах. Рыболовный сезон, открывающийся в этом году 26 апреля, направлен на ловлю озерной форели в низовьях. Он вовлекает около 300000 рыболовов и является наиболее популярным спортивным событием.
Торгаард является единственным американцем среди французской команды исследователей. Он предоставляет генетический материал радужной форели линии Суонсона. Изначально особи вылавливались на полуострове Кенай на Аляске, а затем клонировались в Вашингтонском университете для обеспечения исследователей идентичным материалом. Это упростит интерпретацию секвенирования генов.
«Ранее с клонами линии Суонсона было проведено несколько работ. Полученные результаты помогли получить и интерпретировать последовательность генома в текущей работе.» — отмечает Торгаард.
Участник исследования Джо Брунелли (Joe Brunelli) выделил ДНК ткани плавников, используя рыб нескольких линий. эти линии разводились Полом Уилером (Paul Wheeler) в помещении рыбоводного кампуса Пульмана.
Гвигвин с коллегами использовал как секвенирование генома, так и данные экспрессии генов радужной форели для того, чтобы показать, что около половины всех генов, кодирующих белки, удалены в процессе удвоения. Сохранились практически все микроРНК гены, которые помогают регулировать экспрессию генов.
Исследователи установили, что у рыб сохранились оригинальные или слегка измененные гены, вовлеченные в эмбриональное развитие и формирование связей между нервными клетками. Время, связанное с этими изменениями, свидетельствует о том, что эволюция генов поле удвоения, протекает гораздо медленнее, чем полагали ранее.
«Предполагается, что скорость эволюции может сильно отличаться в различных ситуациях. Некоторые животные, подобно Двоякодышащим и Целакантообразным, являются живыми ископаемыми, которые возникли несколько сотен миллионов лет назад и до сих пор практически не изменились. Другие, подобно полярным медведям, возникли недавно. После удвоения генов форели, процесса, который протекает у данного вида медленнее чем у других позвоночных, мы все ещё можем наблюдать его.» — сказал Торгаард.
——
www.sсiеnсеdаily.соm/rеlеаsеs/2014/04/140422113345.htm
Camille Berthelot, Frédéric Brunet, Domitille Chalopin, Amélie Juanchich, Maria Bernard, Benjamin Noël, Pascal Bento, Corinne Da Silva, Karine Labadie, Adriana Alberti, Jean-Marc Aury, Alexandra Louis, Patrice Dehais, Philippe Bardou, Jérôme Montfort, Christophe Klopp, Cédric Cabau, Christine Gaspin, Gary H. Thorgaard, Mekki Boussaha, Edwige Quillet, René Guyomard, Delphine Galiana, Julien Bobe, Jean-Nicolas Volff, Carine Genêt, Patrick Wincker, Olivier Jaillon, Hugues Roest Crollius, Yann Guiguen. The rainbow trout genome provides novel insights into evolution after whole-genome duplication in vertebrates. Nature Communications, 2014.