Новое исследование Института Цитологии и Генетики СО РАН раскрывает механизмы общих генетических адаптаций у сельскохозяйственных и диких животных в ответ на экстремальные климатические условия.

Новое совместное исследование Института Цитологии и Генетики СО РАН и Королевского Ветеринарного Колледжа (Лондон, Великобритания) посвящено генетике адаптации к экстремальным холодным температурам, позволившим самой северной популяции крупного рогатого скота – якутской корове выживать в суровых условиях обитания в Сибири (Якутия). Эта работа, опубликованная в журнале Molecular Biology and Evolution, проливает свет на то, как сельскохозяйственные и дикие животные эволюционируют схожим образом, чтобы адаптироваться к экстремальным условиям окружающей среды. Якутский скот, полная история происхождения которого до сих пор неизвестна, обитает в северных широтах, в том числе и за Полярным кругом. Он способен переносить температуры окружающей среды ниже -70С. Результаты исследования показывают, что якутский скот имеет уникальный генофонд и не скрещивался с другими популяциями крупного рогатого скота, яков, бизонов и других близких видов.

Исследование показало, что якутский скот отделился от общего предка европейских пород крупного рогатого скота примерно 5000 лет назад. Это позволило исследователям заключить, что адаптация к обитанию в экстремально холодных условиях Крайнего Севера сформировалась за счет собственного генофонда якутского скота. Тем не менее, было обнаружено, что в геноме якутского скота присутствует большое количество генетических вариантов, которые есть и в геномах пород из Африки и Азии, но отсутствуют у европейских пород крупного рогатого скота.

Исследование под руководством профессора Дениса Ларкина из Королевского Ветеринарного Колледжа также показало, что эти генетические варианты скорее всего представляют собой предковые варианты генов, которые были утеряны у европейских пород из-за селекции человеком, направленной на интенсивное производство молока и мяса. Однако сохранение именно этих вариантов позволило якутскому скоту адаптироваться к изменяющимся условиям среды и экстремальному холоду. Это открытие также подразумевает, что эти же генетические варианты могли помочь породам в Азии и Африке адаптироваться и к экстремально жарким условиям обитания.

В дополнение к общей генетике с азиатскими и африканскими породами одно эволюционное событие оказалось уникальным только для якутского скота – присутствие у каждого животного кодирующей нуклеотидной замены, которая оказала большой эффект на свойства соответствующего белка. Эта замена отсутствовала у других пород крупного рогатого скота. Зато точно такая же мутация, вероятно, позволила ряду других видов млекопитающих приобрести способность к гибернации, впадать в оцепенение на холоде, быть холодостойкими и/или глубоко-ныряющими.

Сама по себе конвергентная (независимая) эволюция в одной и той же нуклеотидной позиции гена – чрезвычайно редкое явление и до этого исследования была описана только для разных групп животных. Например, у летучих мышей и дельфинов сформировалась одинаковая замена в гене, связанном с со способностью к эхолокации. Как подчеркнул Денис Ларкин:

– Прорывное значение этой работы в том, что теперь мы знаем – конвергентная эволюция на нуклеотидном уровне происходит и у пород животных, созданных человеком. Это означает, что индивидуальные породы могут приобретать новые свойства не характерные для их вида в целом.

С учетом большого количества погодных аномалий в связи с изменением климата, это исследование является важным шагом на пути смягчения влияния экстремальных температур на сельское хозяйство. Как отметил участник исследования, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН к.б.н. Николай Юдин:

– В России огромные территории имеют низкую среднегодовую температуру. Производство мяса и молока в таких условиях требует выведения местных холодоустойчивых пород. Открытая нами мутация в гене NRAP позволяет сделать первые практические шаги в этом направлении.

Интересно, что исследования на человеке и мышах показывают вовлеченность мутаций в гене NRAP в ряд кардиомиопатий, заболеваний при которых меняется способность сердца перекачивать кровь. Денис Ларкин и младший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН к.б.н. Андрей Юрченко выдвинули гипотезу, что схожий механизм помогает сердцу холодостойких и глубоко-ныряющих видов животных, позволяя им продолжать эффективно перекачивать кровь и во время холода и на глубине.

редакция по материалам ФИЦ ИЦиГ СО РАН

фото - Anu Osva