Почему некоторые рыбы остаются крошечными: генетика миниатюрных бычков

от

Представьте, что вы — рыбка-бычок, часть огромного семейства, насчитывающего более 2000 видов. Может быть, вы среднего размера для своего вида — около 3–4 дюймов в длину. Ваш самый длинный родственник примерно в четыре раза больше вас — более фута в длину. А ваш самый маленький родственник в четыре раза меньше вас — менее дюйма в длину.

Научное исследование Эмили Тройер из Мичиганского университета посвящено изучению того, почему бычки демонстрируют такой разброс размеров, и в частности тому, как они регулируют размер, чтобы оставаться миниатюрными. Она обнаружила, что у некоторых бычков два гена, которые подавляют рост, работают с повышенной активностью. Это позволяет некоторым видам бычков оставаться миниатюрными.

Исследуя разные группы бычков, Тройер выяснила, что миниатюрные бычки используют одни и те же генетические пути для регуляции своего размера ещё с эоцена, более 50 миллионов лет назад. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Science.

«Размер тела, вероятно, является наиболее важным признаком организма. Он связан со многими биологическими процессами, от метаболизма до размножения», — сказала Тройер. «Поэтому, понимая механизмы контроля размера тела, мы не только помогаем эволюционным биологам, но, возможно, и учёным-медикам, которые хотят понять рост опухолей».

Тройер говорит, что лежащая в основе генетика размера тела остаётся вопросом для учёных. Понимание того, как организмы контролируют свой размер тела, важно, потому что размер определяет многие другие компоненты существования организма, такие как место обитания, рацион, форма тела и способ размножения.

«Мы немного понимаем, почему так происходит. Если вы маленький, вы можете поместиться в крошечные микроместообитания и жить там. Некоторые из этих бычков настолько малы, что проводят всю свою жизнь в пределах одного кораллового куста, с диапазоном в два квадратных метра», — сказала Тройер. «Что менее понятно — это генетика того, почему это происходит. Мы хотели попытаться ответить на этот вопрос, используя бычков в качестве модельной системы».

В частности, гены, которые Тройер идентифицировала у миниатюрных бычков, CDKN1B и ING2, связаны с регуляцией и ограничением количества клеток, вырастающих у бычков.

Чтобы определить, какие гены наиболее связаны с размером тела, Тройер создала филогению (родовое дерево) из 162 видов бычков. Затем Тройер и её соавторы сосредоточились на трёх группах бычков, которые демонстрируют повторяющиеся случаи как миниатюризации, так и крупных форм.

Для изучения различий в экспрессии генов между миниатюрными и крупными бычками исследователи использовали сравнительные транскриптомные методы. Ваш геном содержит генетическую информацию, которая позволяет вашему телу производить белки, необходимые для выполнения различных функций. Ваш транскрипто́м — это набор молекул РНК, транскрибированных из этих генов для производства белков. По сути, транскрипто́м предоставляет моментальный снимок того, какие гены активно экспрессируются («включены») в данный момент.

Это позволило исследователям увидеть, какие гены связаны с ростом. Используя метод, называемый дифференциальным анализом экспрессии генов, исследователи сравнили уровни активности генов между крупными и мелкими бычками, чтобы определить, какие гены были активированы или подавлены в каждой группе.

Они обнаружили, что у бычков CDKN1B и ING2 были сильно активированы (включены) у миниатюрных видов. Напротив, гены, связанные с размножением клеток и пролиферацией, были сильно активированы у более крупных видов бычков.

В частности, CDKN1B, по словам Тройер, является интересным открытием. Этот ген известен как ингибитор роста, и он делает это, блокируя деление клеток в определённый момент во время типичного цикла деления клетки. Это ограничивает общую пролиферацию клеток, то есть то, насколько клетки могут расти и делиться.

Интересно, что, по словам Тройер, этот ген также контролирует размер тела у мышей. Когда этот ген удаляется («выбивается») у мышей, они вырастают в два раза больше обычных мышей из-за увеличения количества клеток.

«Большинство наших представлений об этих процессах основано на модельных организмах, таких как мыши и плодовые мушки. Мы почти ничего не знаем о немодельных видах, особенно о случайных бычках», — сказала Тройер. «Это открытие стало ещё одним интересным параллельным открытием, которое мы обнаружили у немодельных видов, но оно также происходит и у модельных видов».

Дахиана Арчила, эволюционный биолог из Института океанографии Скриппса, является старшим автором исследования.

«Замечательно, что те же генетические механизмы, которые контролируют размер тела у млекопитающих и других модельных видов, также работают у этих крошечных рыб коралловых рифов», — сказала она. «Отслеживая эти закономерности на протяжении миллионов лет, мы узнаём, что правила роста и размера глубоко разделяются между позвоночными».

Предоставлено Мичиганским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте