Сотрудники лаборатории антропогенной динамики экосистем КамГУ им. Витуса Беринга начали исследования генетические процессы и молекулярные регуляторы развития, которые отвечают за эволюционные адаптации рыб при освоении разных экологических ниш в озёрах. Проект реализуется в рамках программы «Приоритет-2030» нацпроекта «Наука и университеты».
Вместе с сотрудниками Кроноцкого заповедника биологи вырастили мальков эндемичных гольцов Кроноцкого озера. Учёные, в частности, работают над расшифровкой роли генов, которые контролируют процесс образования рта и передней части головы у эндемичных форм гольцов.
«После изоляции в Кроноцком озере 12 тысяч лет назад голец-мальма стал осваивать новые пищевые ресурсы, и в результате разделился на несколько экологических форм (видов). Эти формы различаются пропорциями головы, размером и положением рта, что позволяет им максимально эффективно питаться определенным типом корма. В рамках выполнения этого проекта мы пытаемся найти те молекулярно-генетические механизмы отбора, которые обеспечили образование специфической морфологии эндемичных гольцов», – рассказала заведующая лабораторией Дарья Паничева.
Во время исследований ученые получили эмбрионы шести кроноцких форм гольцов и предковой мальмы. Рыбы появились в лаборатории, и при их переходе на внешнее питание от них получили образцы соединительных тканей для выделения и анализа РНК и ДНК. Согласно первоначальным данным, процесс развития специфических признаков головы запускается и контролируется как на уровне изменения свойств белков за счёт множественных точечных мутаций в генах, так и за счёт изменений интенсивности экспрессии разных генов.
«Сначала мы провели анализ различий форм гольцов по точечным мутациям (SNP) в кодирующих участках генома (суммарно это тысячи мутаций, верхнее филогенетическое дерево). Дерево показывает наличие одного общего предка у всех кроноцких форм и их разделение на три отдельные группы – хищников (W-L), прибрежных бентофагов (N1-3) и глубоководных гольцов (S). Далее мы провели сравнение матричной РНК между всеми формами и обнаружили 7958 дифференциально экспрессируемых генов. Для них мы построили тепловую карту (HEAT MAP), которая отражает степень различия количества мРНК (нижний рисунок). Разные формы гольцов различаются интенсивностью экспрессии целых блоков генома. Стоит обратить внимание, что по экспрессии генома хищные формы (W-L) больше похожи на предковую мальму (DV), при этом структура экспрессии повторяет структуру дерева, построенного по мутациям», – рассказал руководитель проекта Евгений Есин.
Стоит отметить, что Кроноцкое озеро – самое большое по площади пресное озеро на полуострове Камчатка, находящееся под охраной Кроноцкого заповедника. Все исследования, проводимые на заповедной территории, лягут в основу ежегодного научного сборника «Летопись природы Кроноцкого заповедника».