Исследователи обнаружили, что у цихлид из Великих Африканских озёр независимо развилась гипертрофия губ благодаря генам, связанным с внеклеточным матриксом (ECM) и сигнальным путём Wnt. С помощью сложных экспериментов, основанных на омике, и сравнительного гистологического анализа они выяснили, что у гипертрофированных губ цихлид слой, богатый протеогликанами, больше. Это исследование даёт важное понимание эволюционной биологии гипертрофии губ у цихлид из Великих Африканских озёр.
Цихлиды: эволюционные особенности
Цихлиды — это разнообразное семейство пресноводных рыб, которые хорошо известны своими замечательными эволюционными чертами. С годами эти рыбы приобрели уникальные черты лица, такие как разнообразные рыла и различные морфологии челюстей. Несколько отчётов указывают на то, что способность адаптироваться к новой среде была ключевой особенностью их эволюции.
Эволюция гипертрофированных губ у цихлид
Цихлиды, особенно те, что обитают в трёх Великих Африканских озёрах — Виктория, Малави и Танганьика, независимо развили гипертрофированные губы. Увеличенные губы у этих цихлид, которые являются результатом адаптивной параллельной эволюции, полезны для поиска пищи и обнаружения добычи, поскольку они предоставляют большую площадь вкусовых рецепторов.
Хотя разные генетические факторы и экологические условия способствуют гипертрофии губ, лежащие в её основе молекулярные механизмы ещё предстоит изучить.
Исследование гипертрофии губ у цихлид
Чтобы пролить свет на гипертрофию губ у рыб-цихлид, исследователи из Института науки Токио (Япония) совместно с учёными из Танзанийского научно-исследовательского института рыболовства (TAFIRI) провели углублённое исследование, сравнив генетические профили и молекулярные пути цихлид с гипертрофированными губами и с нормальными губами.
Исследовательская группа под руководством доцента Масато Никайдо включала аспирантов Нагатоши Мачии и Рё Хаташиму, исследователя Мицуто Айбара, доцентов Тацуя Нива и Тацуки Нагасава, профессора Хидеки Тагучи и исследователей из TAFIRI.
Их результаты были опубликованы в eLife.
Методы исследования
Сначала исследователи изучили гистологические различия между гипертрофированными и нормальными губами цихлид из озёр Виктория, Малави и Танганьика. Они обнаружили, что в гипертрофированных губах значительно больше слоя, богатого протеогликанами, в составе внеклеточного матрикса (ECM).
В последующем анализе, основанном на протеомике, исследователи обнаружили, что 133 белка были активированы, в то время как экспрессия пяти белков была подавлена в гипертрофированных губах. «Интересно, что в кончике гипертрофированных губ содержится большое количество протеогликанов и связанных с ними белков, таких как версикан и периостин», — сказал Никайдо.
Выводы исследования
Под влиянием своих находок исследовательская группа провела анализ транскриптома, чтобы выявить общие черты гипертрофированных губ среди трёх Великих Африканских озёр. Примечательно, что характер экспрессии генов, связанных с ECM, отражал различия в морфологии губ (гипертрофированные и нормальные), независимо от генетической близости.
Таким образом, исследователи определили набор генов, который характеризует гипертрофированные губы среди независимо приобретённых в трёх озёрах.
Для расшифровки молекулярного механизма, лежащего в основе гипертрофии губ, учёные изучили расширенный анализ транскриптома на разных стадиях развития цихлид. Результаты показали, что гены, участвующие в сигнальном пути Wnt, были высоко экспрессированы у цихлид с гипертрофированными губами как на стадии ювенильности, так и на взрослой стадии.
Значение исследования
Объясняя важность настоящего исследования, Никайдо заявил: «Те же самые гены, связанные с ECM, которые участвуют в гипертрофии губ, такие как версикан и периостин, также, как известно, играют ключевую роль в кожных заболеваниях человека, таких как келоиды. Поэтому наше исследование не только продвигает текущее понимание эволюционной биологии цихлид, но и предлагает понимание кожных заболеваний, поражающих человека».
В совокупности это исследование раскрывает общий молекулярный механизм, лежащий в основе параллельной эволюции гипертрофии губ у цихлид из Великих Африканских озёр.
Предоставлено Институтом науки Токио.