Африканские рыбки разблокировали древние гены, чтобы пережить засуху

Крошечная рыбка нотобранх Фурцера научилась выживать в условиях экстремальной засухи. Этот вид обитает в илистых прудах Мозамбика и Зимбабве, которые ежегодно пересыхают на несколько месяцев. Ученые из США и Германии выяснили, как рыбам удалось приспособиться к столь суровым условиям. Результаты исследования опубликованы в Cell.

Ранее было уставновлено, что развивающиеся эмбрионы нотобранха длиной с большой палец просто перестают расти — вскоре после того, как у них начинают формироваться мозг и сердце. Они могут восемь месяцев оставаться в состоянии диапаузы, когда обмен веществ затормаживается, а развитие приостанавливается. Новое исследование показало, что для этого рыбы задействуют древние гены, возникшие более 473 млн лет назад.

Nothobranchius furzeri развили свою способность впадать в диапаузу относительно недавно — около 18 млн лет назад, когда переселились в пересыхающие пруды. Анализ генов, преобразующихся в белок в диапаузе, позволил предположить, что этот навык потребовал от рыб подключения к какому-то древнему механизму.

«Мы обнаружили, что большинство генов, специализирующихся на диапаузе нотобранхов, — очень древние паралоги. Такие же были у общего предка всех позвоночных», — пояснила молекулярный биолог Энн Брюне из Стэнфордского университета (США).

Паралоги — это пары генов, возникших в результате копирования исходного гена при хромосомной мутации. Помимо случайных мутаций, такое генетическое дублирование – один из основных способов образования новых генов или приобретения ими новых функций. У нотобранха Фурцера один ген в каждой паре паралогов был высоко активен в диапаузе, а его партнер включался непосредственно во время развития. Этот механизм ученые сравнили со сменой дня и ночи. Рыбки словно разблокировали часть своего генома, чтобы подключиться к тысячам древних паралогов для диапаузы. Биологи предполагают, что эти гены в геноме N. furzeri оказались наиболее подходящими для клеточного механизма, который преобразует их в рабочие белки.

Изменения на генном уровне привели к сдвигу в липидном обмене, и теперь эмбрионы нотобранха вырабатывают больше жирных кислот в диапаузе, защищающих геном от повреждений. Эти рыбки, способные приостанавливать развитие без ущерба для наполовину сформированных органов, удивляют ученых почти так же как тихоходки, которые могут десятилетиями обходиться без воды. Нотобранхи – единственные известные науке позвоночные, у которых диапауза возможна на столь поздних стадиях развития. У них уже формируется мозг и сердце, которое перестает биться в диапаузе, а затем начинает биться снова.

Столь радикальная остановка развития не сокращает продолжительность жизни взрослой особи. Понимание тактики выживания африканской рыбки открывает возможности для разработки стратегий с применением липидов, способствующих сохранению тканей и борьбе со старением.