Ученые обнаружили молекулярный маркер определения пола у осетровых в рамках международного проекта STURGEoNOMICS, возглавляемого Институтом пресноводной экологии и рыболовства во внутренних водоемах (IGB) им. Лейбница. Это открытие представляет собой значительный прорыв в эволюционной биологии, в сохранении видов и в аквакультуре, производящей икру. Это генетическое свидетельство характеризует старейшую известную генетическую систему определения пола у позвоночных с микроскопически неразличимыми половыми хромосомами. Короткую последовательность ДНК, зависящую от пола, обнаруженную у нескольких видов осетровых, можно проследить до общего предка осетровых, 180 миллионов лет назад.
Международный поиск генетических маркеров, связанных с полом, у осетровых рыб ведется десятилетиями. В конце концов, осетр не может быть определен по полу по каким-либо внешним признакам, и у этого вида нет дифференцированных половых хромосом, которые можно было бы различить под микроскопом. Геномист доктор Хайнер Куль, первый автор исследования IGB, теперь обнаружил крошечную геномную область, специфичную для самок осетровых рыб. К этому открытию привело полное секвенирование генома многочисленных самцов и самок стерляди - вида осетровых рыб. Эти анализы были выполнены во французском INRAE в лаборатории доктора Яна Гигуэна.
Научный прорыв после десятилетних поисков
Открытие этого генетического элемента также является свидетельством самой древней из известных систем определения пола у позвоночных с недифференцированными половыми хромосомами - возникшей ок. 180 миллионов лет назад. "Это представляет собой научный прорыв. Международная охота на молекулярные маркеры пола у осетровых рыб длилась десятилетиями," - сказал эволюционный биолог IGB доктор Маттиас Штёк, старший автор исследования, и добавляет: "Этот успех стал возможен только благодаря международному сотрудничеству с экспертами. из трех европейских стран с участием геномистов из INRAE в Ренне, Франция, исследователей во главе с профессором д-ром Манфредом Шартлем из Вюрцбургского университета в Германии и д-ром Митикой Чорпак из Румынского Дунайского института DDNI."
В настоящее время для определения пола осетровых используются ультразвуковая диагностика или биопсия. Однако для того, чтобы ультразвуковое определение пола было надежным, осетровые должны достичь прогрессивных стадий созревания, что у некоторых видов может занять от шести до десяти лет. Биопсия гонад инвазивна и вызывает стресс у рыб или даже причиняет им вред. В будущем недавно разработанный маркер позволит ученым различать мужчин и женщин, просто используя ватный тампон для получения ДНК. Более того, надежность этого теста даже превосходит предыдущие методы.
Многие из 27 видов осетровых, встречающихся в мире, находятся под большой угрозой исчезновения. При сохранении осетровых рыб этот маркер будет хорошим инструментом для неинвазивного определения пола рыбы, предназначенной в качестве будущего маточного стада в программах реинтродукции. "Это позволяет целенаправленно отбирать кандидатов в живые генные банки, основываясь не только на редких аллелях, но и на поле. Рыба, не отобранная для развития маточного стада, может быть сразу повторно введена в дикую природу," - оценил доктор Йорн Гесснер, соавтор. автор исследования и координатор программы реинтродукции местного осетра Германии в IGB.
В аквакультуре этот метод может быть использован в будущем для неинвазивного раннего определения пола рыбы, предназначенной для выращивания. Затем производство может быть сосредоточено на выращивании самок на икры и самцов на мясо. Таким образом, испытание ни в коем случае не должно приводить к выбраковке осетровых самцов, как явно подчеркивают исследователи. Этот этический аспект является важным элементом, который необходимо учитывать. "Следующим шагом будет использование маркера для разработки теста на определение пола для практического применения," - прокомментировал исследователь IGB Хайнер Куль, первый автор исследования.
Открытые вопросы о половом развитии осетровых рыб
Половое размножение - это эволюционно старая черта жизни. У позвоночных половое развитие определяется либо триггерами окружающей среды, либо генами, а иногда и их комбинацией. Большинство хладнокровных позвоночных, таких как рыбы и амфибии, не имеют дифференцированных половых хромосом, то есть микроскопически различимой системы XX / XY, как у млекопитающих, или системы ZW / ZZ, как у птиц. Половые хромосомы многих рыб и амфибий можно различить только на уровне ДНК. Для этого есть несколько причин: в большинстве случаев новый мастер-ген становится исходным триггером для определения пола, возможно даже эволюционное изменение половых хромосом у близкородственных видов.
Осетровые и веслоносы включают 27 современных видов, которые произошли от корней 31 000 ныне живущих костистых рыб около 330 миллионов лет назад. В отличие от многих других позвоночных, эволюция осетровых характеризуется удивительно медленными изменениями генома и морфологии. "Сохранение специфической для самок последовательности в течение нескольких раундов полиплоидизации - умножения хромосом в семействе осетровых - представляющее 180 миллионов лет эволюции осетровых, поднимает много интересных биологических вопросов," - пояснил Маттиас Штёк. Как половому локусу удалось пережить эти дупликации всего генома? Почему генетическое определение пола, по-видимому, сохранилось у осетровых, в то время как у многих других видов рыб развился ряд различий в определении пола системы?
Источник: Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB)
