В небольшом бассейне, расположенном между двумя водопадами в Идальго, Мексика, живет популяция гибридных рыб - результат многопоколенного скрещивания между горными меченосцами и овчарками. Лаборатория Молли Шумер, доцента биологии Стэнфордского университета, годами собирала этих рыб для изучения эволюции гибридов.
«Мы только что осознали, что гибридизация влияет на все виды на древе жизни, включая наш собственный вид - многие из нас несут гены неандертальцев и денисовцев», - сказал Шумер, имея в виду два древних вида человека, которые скрещивались с наши предки.«Понимание гибридизации и негативных и позитивных эффектов, которые могут возникнуть из-за перемещения генов между видами, важно для понимания наших собственных геномов и геномов других видов, с которыми мы взаимодействуем».
В новой статье, опубликованной 14 мая в журнале Science, исследователи выделяют два гена, ответственных за меланому, которая часто развивается возле хвостов самцов гибридов горной овчарки. Это открытие знаменует собой лишь второй случай, когда гибридная дисфункция связана с определенными генами у позвоночных. (Единственный другой случай, когда ученые сузили гибридную дисфункцию у позвоночных до уровня одного гена, - это давняя гибридная популяция мышей в Европе и их родственников.)
Особая популяция
Людям давно известно, что потомство двух разных видов, как правило, имеет генетические недостатки. Например, мулы, представляющие собой гибриды ослов и лошадей, бесплодны. По иронии судьбы, чтобы найти гены, ответственные за такие дисфункции, исследователям нужны гибриды, достаточно приспособленные для размножения в течение нескольких поколений после первоначальной гибридизации. В противном случае фрагменты их геномов, происходящие от родительских видов, настолько велики, что почти невозможно проследить влияние какого-либо одного гена.
Это то, что делает гибриды хайленд-шипсхед исключительным примером. Они скрещивались на протяжении примерно 45 поколений, в результате чего геномы содержали меньшие фрагменты родительской ДНК, которые легче исследовать на уровне одного гена..
«Мы знали о генетической несовместимости между генами двух видов с 1940-х годов. Несмотря на это, мы не знаем многих генов, которые вызывают эти негативные взаимодействия», - сказал Дэниел Пауэлл, научный сотрудник с докторской степенью в Лаборатория Шумера и ведущий автор статьи. «Наша лаборатория четко определила естественные гибриды, и мы разработали геномные ресурсы для обоих родительских видов. Эти рыбы представляют собой уникальную систему для решения этого вопроса».
Чтобы определить гены, ответственные за меланому у гибридов, исследователи сначала обратили свое внимание на чистокровных меченосцев и генетическое происхождение черной точки, которая развивается у некоторых из этих рыб, которая не является раковой, но обнаружен в том же месте, что и меланома гибридов. Анализируя геномы почти 400 отдельных рыб, они связали черное пятно с наличием гена под названием xmrk. Следуя этому примеру, исследователи пришли к выводу, что xmrk также был более выражен у гибридов с меланомой по сравнению с теми, у кого она не была - в целом это могло объяснить 75 процентов всех вариаций в пятнистости, которые они изучали как у чистых овчарок, так и у гибридных рыб.
Исследователи также обнаружили, что другой ген, называемый cd97, который некоторые гибриды наследуют от своих предков, был более выражен у высокогорных меченосцев и гибридов, чем у овечьих меченосцев. Дальнейшие генетические данные свидетельствуют о том, что cd97 и xmrk каким-то образом взаимодействуют, вызывая меланому у гибридов.
Интересно, хотя ни один из генов не связан с меланомой у родительских видов меченосцев, они оба связаны с раком у других животных. Например, у дальнеродственного гибрида меченосца xmrk взаимодействует с другим геном, а не с cd97, вызывая меланому, а ген, родственный cd97, был связан с раком у людей.
В совокупности эти данные дают загадочную картину. «Мы пришли к конкурирующим, но не взаимоисключающим идеям о гибридной несовместимости и болезнях», - сказал Пауэлл. «Мы придали правдоподобие идее о том, что некоторые гены могут быть подвержены разрушению у разных видов, что удивительно, учитывая случайность эволюции. дисфункции."
Лучший проект
Шумер говорит, что она немного рискнула, когда сосредоточила свои исследования на гибридизации, но ее ставка окупается.
Когда я начал работать над диссертацией в 2011 году, не было принято считать, что гибридизация распространена среди животных. Самыми известными примерами были мулы и плодовые мушки. Это был такой масштабный сдвиг и веселое время для работы. по этому вопросу», - сказал Шумер, старший автор статьи и член Stanford Bio-X.«То, к чему мы пришли сейчас, - это лучший проект в науке: он поднимает гораздо больше вопросов, чем дает ответов, и уводит вас в разные стороны».
В ходе будущей работы исследователи хотят выяснить, почему у меченосцев-гибридов с меланомой меньше шансов выжить в дикой природе и в неволе. Им также любопытно узнать, почему так много этих рыб имеют меланому - возможно, когда дело доходит до выбора партнера, самки предпочитают самцов с большими черными пятнами, вызванными меланомой. Они уже выдвинули несколько идей, чтобы лучше понять, повторяются ли ошибки в генах у гибридов, или то, что они нашли в xmrk и cd97, ближе к совпадению.