Газета Наука в Сибіру №25 (3010) від 17 грудня 2015 р
Сайт Наука в Сибіру 21 січня 2016 р
Сайт Новини Сибірської Науки 22 січня 2016 р
Агентство Інтерфакс-Росія 21 січня 2016 р
Регіональне Інформаційне Агентство Сибір 22 січня 2016 р
Сибірські вчені досліджують геноми сибірського осетра і стерляді, щоб зрозуміти, як еволюціонували ці організми і яким чином ті чи інші ділянки ДНК ставали відповідальними за різні функції. Наприклад, до цих пір не вдалося з'ясувати, де в геномі шукати ознаки статі. Поки риба не досягне "повноліття", неможливо зрозуміти, самець це чи самка.
Дослідники Інституту молекулярної і клітинної біології СО РАН вивчають осетрових вже другий рік. У 2014-му їх проект "Картування геномів, порівняльна молекулярна цитогенетика і транскріптоміка сибірського осетра і стерляді" був підтриманий Російським науковим фондом. Основна мета роботи - описати особливості будови і функціонування геному у цих істот.
Осетер і стерлядь не належать до модельних видів, тобто тим, які використовуються в якості моделі для вивчення якихось властивостей, процесів або явищ. Зазвичай закономірності, виявлені при роботі з плодовою мушкою-дрозофіли, мишею, щуром, успішно застосовуються для багатьох інших видів. З цими рибами же все по-іншому: у них є безліч механізмів і феноменів, які не зустрічаються більше ні в кого, тому вони цікаві дослідникам. Наприклад, осетрові - довгожителі серед риб. Деякі представники сімейства живуть понад 100 років, значить вони, як і голий землекоп, мають ряд унікальних пристосувань, що дозволяють протистояти виникненню раку і дають відстрочку процесам старіння. До того ж поки не зрозуміло як у них визначається стать. Не те, щоб осетер в очікуванні повноліття сприймав зовнішні сигнали, прагнучи зрозуміти в якому напрямку розвиватися, самця або самки (як це роблять деякі інші риби) - пол у неї закладено генетично, але поки ніхто не знайшов, в якому ж саме ділянці хромосоми є маркер, який відповідає за це. Якщо шукати, припустимо, ген певного ферменту або структурного білка - і у людини, і у риби, і у жаби він цілком певний і розташований у відомому місці, його можна назвати консервативним. А ген визначення статі - лабільний у деяких організмів, тобто кожна група (в деяких випадках - сімейство, а в деяких - і популяція) винаходить для себе свій. Але і це ще не все.
- Є особливості, пов'язані з Поліплоїдний статусом генома (наявністю декількох наборів хромосом). Поліплоїдний - зручний інструмент для еволюції, тому що при збільшенні числа сегментів хромосом кожна з копій може взяти на себе якісь додаткові функції. Наприклад, саме так у приматів з'явилася можливість ускладнити кольоровий зір: дупліціроваться ген світлочутливого рецептора, який згодом змінив смугу руху на іншу довжину оптичної хвилі, - пояснює завідувач лабораторією порівняльної геноміки ІМКБ СО РАН кандидат біологічних наук Володимир Олександрович Трифонов. - Повний набір генів подвоювався і у далекого предка людини і всіх сучасних хребетних, але зараз такі процеси характерні скоріше для рослин, а серед хребетних - для деяких видів ящірок і риб. У сибірського осетра і стерляді - 240 і 120 хромосом відповідно, тому є гіпотеза, що другі з'явилися якраз в результаті дуплікації генома якогось виду з 60 хромосомами, а перші - в процесі подальшого раунду подвоєння. Це описано вже давно, але ми за допомогою молекулярних зондів отримали дані, які показують, які саме ділянки геному знаходяться в тетраплоидной стані (чотири копії на геном). Крім того, з'ясувалося, що деякі частини - диплоїдні, а значить можна припустити, що спочатку геном "розрісся", а потім частково редукувався.
У стерляді - 120 хромосом, у сибірського осетра - 240,
а у малого осетра з Північної Америки - 360.
Серед ссавців такої кількості не має ніхто.
Рекордсмен серед останніх - віскашевая щур з Південної Америки (102 хромосоми).
Для порівняння: у людини - 46, у кішки - 38, у оленя-Мунтжаки - всього 6 хромосом.
- Ми хочемо зрозуміти, як відбувалася еволюція плоїдності, - продовжує Володимир Трифонов, - як це вплинуло на риб, який у них закладено механізм, що дозволяє легко "нарощувати" хромосомний набір. Наприклад, серед риб і рептилій можуть зустрічатися життєздатні Триплоїд, а ссавці подібного роду вмирають ще на стадії зародка.
Дослідники планують також описати генетичну різноманітність стерляді і сибірського осетра в басейнах Обі, Іртиша, Єнісей і Олени. У Росії живе 12 з 25 сучасних видів цих риб, однак найбільше їх різноманітність спостерігається в Каспійському морі. У повноводних річках Сибіру існує всього два вищеназваних виду, і вчених цікавить питання, які у цього явища причини.
- Фахівці в палеоекології пов'язують такий розподіл з останнім заледенінням, коли був блокований стік в Північний Льодовитий океан всіх великих сибірських річок, в результаті чого водні маси спрямовувалися на захід - в Каспійське, Чорне і Середземне моря, - говорить Володимир Трифонов. - Якщо подивитися на основні види осетрових, то багато хто з них мігрують: нагулюють вагу в солоній воді, а розмножуватися приходять в прісну. Коли стік в океан був заблокований, поведінкові інстинкти не могли швидко змінитися. Виходить, що мали шанс вижити тільки ті види, які здійснювали міграції в межах сибірських річок до заледеніння, тобто сибірський осетер і стерлядь.
Зараз вчені вже описали більше 300 особин стерляді з Об-іртишських басейну з використанням мітохондріальних маркерів, а також детально досліджували каріотип (сукупність ознак повного набору хромосом) цього виду. Генетична різноманітність в загальному досить високо, що, за словами Володимира Трифонова, свідчить про інтенсивний обмін генами між популяціями. Причому навіть живуть в Новосибірському водосховищі організми, відокремлені від решти греблею, не виглядають якось особливо. Поки вчені висловлюють гіпотезу, що через тривале репродуктивного періоду остаточна відособленість даної популяції ще не відбулася, але її можна чекати в майбутньому.
Матеріал для досліджень фахівці отримують в основному від Госрибцентра, у якого є ліцензія на вилов цієї риби, в тому числі і для наукових цілей.
- Для різних завдань потрібні різні зразки. Наприклад, для феноменологічного опису особливостей структури генома не важливо, з якого району взято зразок, живу рибу можна просто купити в магазині і взяти зразки різних тканин. Якщо ж нам потрібно описати структуру популяцій диких особин, то потрібні організми з певного місця проживання. В цьому випадку, звичайно, ми працюємо з Госрибцентром, і він вже в рамках моніторингу рибних ресурсів проводить взяття проб і привозить нам матеріал, - розповідає Володимир.
Для досліджень досить невеликого шматочка плавця, з якого вчені можуть потім виростити в лабораторії клітинну культуру: зразок обробляється певним чином, кладеться в живильне середовище, подрібнюється, додаються ферменти, а потім через деякий час клітини починають ділитися і зростати прямо на внутрішній поверхні культурального флакона. Їх можна використовувати в подальших експериментах, наприклад, виділити ДНК, РНК і білки, або зупинити на стадії розподілу і отримати суспензію хромосом для цитогенетичних експериментів. Останнє зробити на живій рибі дуже складно. Для ссавців є протоколи, які дозволяють вирощувати матеріал досить легко, для риб ж співробітниці лабораторії цитогенетики тварин ІМКБ СО РАН кандидат біологічних наук Світлана Анатоліївна Романенко і Ольга Леонідівна Гладких спеціально підбирали оптимальні умови.
За допомогою лабораторної культури вчені Інституту молекулярної і клітинної біології СО РАН описали каріотип, показали часткову тетраплоідізацію генома стерляді, секвенували геноми самця і самки і отримали хромосомоспеціфічние бібліотеки, яких ніхто ще для осетрових не робив. Такі бібліотеки, створені Світланою Романенко - один із способів, яким вчені полюють на ділянку генома, що відповідає за пол у осетрових.
- Найважливіше застосування нашої роботи в практиці - це визначення статі осетрових, що дозволить рибозаводу збільшити економічний прибуток, - пояснює Володимир Трифонов. - Зараз і самців, і самок вирощують до восьми років, поки з'являється можливість визначити хто є хто.
Для підтримки штучного стада не потрібно багато особин чоловічої статі, а тим часом витрати на їх утримання значні. В даний час в якості можливого способу з'ясувати статеву приналежність використовується УЗД для риб у віці трьох-четврех років, за умови, що апарат у заводу є. Це дорого і займає багато часу, тому компанії зацікавлені в генетичних маркерах, пов'язаних зі статтю, і готові за це платити. Якщо такий метод з'явиться, то вони зможуть значно знизити виробничі витрати.
У наступному році дослідники зосередяться на вивченні Ленський популяції сибірських осетрів, вже зараз колеги з Якутії надали їм колекційні зразки для роботи. Крім того, вчені планують використовувати RAD-секвенування для спрямованого пошуку генів статі. Сенс методу в тому, що секвенувати планується не весь геном, а певні характерні ділянки, прилеглі до сайтів рестрикції. За допомогою даного методу вже були виявлені полспеціфіческіе маркери у кількох видів хребетних.
Підготувала Юлія Позднякова
Фото Юлії Поздняковою, Світлани Романенко і Ольги Гладких
PDF-файл статті в газеті Наука в Сибіру
