Ученые из Института гидробиологии Китайской академии наук объяснили особенности однополого полового размножения серебряных карасей, для которых характерен гиногенез, с точки зрения эволюции. Исследование опубликовано в журнале Nature Ecology & Evolution.
Половое размножение проходит посредством мейоза и сопровождается слиянием половых клеток — гамет. Однако не все формы полового размножения подразумевают участие двух партнеров, поэтому и слияние гамет не всегда обязательно. Одним из примеров такого способа размножения служит партеногенез, при котором развитие нового организма происходит из неоплодотворенной яйцеклетки (ооцита) самки. Частным случаем партеногенеза является гиногенез, особенность которого состоит в роли спермия: он не оплодотворяет яйцеклетку и не сливается с ним, но стимулирует развитие яйца. У таких форм полового размножения есть ряд недостатков. Для них нехарактерна рекомбинация генов в мейозе, поэтому в геноме накапливаются вредные мутации. Это ведет к снижению генетического разнообразия. По этой причине такие формы полового размножения, как правило, считаются эволюционным тупиком. В то же время некоторые рыбы и рептилии, которые размножаются партеногенезом или гиногенезом, проявляют высокую степень генетического разнообразия и далеки от вымирания.
Китайские ученые изучили способ размножения серебряных карасей (Carassius gibelio). Для них характерен гиногенез, при котором потомством являются только самки. По этой причине в популяциях серебряных карасей, как правило, либо отсутствуют самцы, либо их очень мало. В то же время этот вид рыб относится к числу успешных с точки зрения эволюции. Исследователи секвенировали геномы серебряного карася и золотой рыбки (C. auratus) и определили их гаплотипы — группы генов, унаследованных от родителя. У обоих видов гаплотип насчитывает 50 хромосом и содержит два подгенома (по 25 хромосом в подгеномах А и B). Анализ показал, что золотая рыбка является амфидиплоидом (AABB) с двумя диплоидными наборами хромосом, а серебряный карась — амфитриплоидом (AAABBB) с двумя триплоидными наборами хромосом. Ученые выяснили, что серебряный карась произошел от золотой рыбки, при этом около 0,82–0,96 млн лет назад в его геноме произошла аутотриплоидия, то есть набор хромосом утроился. Наличие трех гомологичных хромосом у серебряного карася затруднило протекание мейоза, и вид адаптировался к этому, перейдя к гиногенезу.
Используя методы сравнительной геномики, ученые показали, что в клетках яичников и ооцитах серебряных карасей экспрессируются особые вариации генов, связанных с регуляцией мейотического цикла. Также в ооцитах был зафиксирован специфичный вариант гистонов — белков, участвующих в упаковке хромосом в клетках.
Исследователи также смогли объяснить геномную стабильность серебряных карасей. При созревании ооциты, как правило, проходят несколько мейотических делений, одно из которых называется редукционным из-за того, что во время него гомологичные хромосомы расходятся по разным клеткам. В случае серебряных карасей эта стадия созревания ооцитов подавляется, и их редукции не происходит. В то же время во время оогенеза наблюдается бессистемная гомологичная рекомбинация, когда гомологичные хромосомы обмениваются фрагментами между друг другом. Кроме того, в ходе созревания ооцитов ученые зафиксировали высокий уровень генной конверсии, в ходе которой одна последовательность ДНК заменяется на гомологичную. Благодаря этим адаптациям в геноме серебряных карасей не накапливаются вредные мутации.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
