Морская звезда с терновым венцом, или COTS, знакома аквалангистам в тропических водах: морская звезда, напоминающая библейского персонажа, давшего ей свое название, роится над коралловыми рифами по всему миру огромными нерестилищами и деструктивные события. В современную эпоху о COTS впервые сообщили в 1957 году у самых берегов перед OIST, в деревне Онна-сон на Окинаве, где они известны как «онихитоде» - «морская звезда-демон». Впоследствии COTS наиболее ярко наблюдались на Большом Барьерном рифе, где они начали собираться в колонии до нескольких миллионов особей, полностью пожирая рифы и став серьезной экологической проблемой.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature, содержит массу новой информации для потенциального контроля над инвазивными видами. Сотрудничество OIST и австралийских ученых впервые секвенировало весь геном COTS, обнаружив, что морские звезды с Большого Барьерного рифа и Окинавы имеют идентичный генетический материал. «Хотя образцы были взяты у особей, найденных на расстоянии 5000 км друг от друга по разные стороны экватора, мы подтвердили, что они принадлежат к одному и тому же виду», - прокомментировал профессор Сато, автор исследования. Во-вторых, они определили переносимые водой молекулы, которые COTS используют для общения - подобно подводному обонянию - для перегруппировки в большие деструктивные популяции.
В то время как типичные проекты генома сосредоточены на ДНК одного человека, одной из сильных сторон этого исследования является очень надежная модель генетического плана COTS благодаря сопоставлению генетического материала двух людей, расшифрованного независимо. Исследователи собрали один экземпляр на Большом Барьерном рифе, другой - на рифе в Мотобу на западном побережье Окинавы. Оба генома были секвенированы Центром секвенирования ДНК в OIST; затем последовательности были собраны в геномы и проанализированы аспирантом OIST Кеннетом Боугманом и его коллегами из отдела морской геномики под руководством профессора Сато. По другую сторону экватора австралийские исследователи из Университета Квинсленда провели биоинформатический анализ геномов COTS.
Однако геном сам по себе подобен набору для предмета мебели без инструкции по эксплуатации - у вас есть все части, вы просто не знаете, что они делают по отдельности, как они сочетаются друг с другом и в чем порядок их сборки. Ученым было бы трудно определить роль каждого гена без подсказок, особенно тех, которые специфичны для COTS. Поэтому они прибегли к другой стратегии для выявления генов, которые можно было бы использовать в биоконтроле COTS.
Основываясь на наблюдении за поведением COTS во время нереста, исследователи надеялись идентифицировать химические сигналы, которые, как известно, COTS испускают в воде для связи с другими COTS поблизости. Для этого исследователи из Университета Саншайн-Кост и Австралийского института морских наук построили Y-образный водный лабиринт, в котором морская звезда начиналась с конца самой длинной ветви. В одном эксперименте они питали одну из более коротких ветвей водой, собранной из скопления COTS. Поскольку морская звезда двигалась к этой ветви лабиринта по сравнению с контрольными образцами воды, они пришли к выводу, что эти образцы воды должны были содержать молекулы, которые побуждали морскую звезду собираться вместе с другими представителями своего вида. Затем те же образцы воды были подвергнуты биохимическому анализу для идентификации этих молекул, которые затем были сопоставлены с геномными данными COTS. Поскольку теперь у ученых есть полный геном, они могут подтвердить, что эти молекулы произошли от COTS.
Исследователи выявили 26 генов, специфичных для COTS, которые могут быть вовлечены в секрецию 107 передаваемых через воду коммуникационных сигналов. Кроме того, геном включает 750 генов, кодирующих белки, похожие на рецепторы обоняния морской звезды, что может пролить свет на то, как COTS воспринимает и анализирует эти сигналы в окружающей воде. Это может быть первым шагом на пути к пониманию того, как нарушить связь в больших масштабах и предотвратить повреждение рифов путем нейтрализации событий массового нереста. Аспирант OIST и автор исследования Кен Боман прокомментировал: «С одной стороны, этот отчет предоставляет нам цели биоконтроля, которые мы можем начать тестировать на COTS уже сегодня. С другой стороны, высококачественные геномные данные продолжают давать фундаментальные идеи для эволюционной биологии развития.. Надеемся, что этот отчет привлечет внимание к обеим областям исследований».