Дупликация гена улучшила цветовое зрение морских змей

Эволюция четвероногих животных сопровождалась массовой утратой генов, кодирующих опсины (эти белки отвечают за цветовое зрение). Обратные примеры, то есть дупликация кодирующих опсины генов, очень редки. В предшествующих исследованиях было установлено, что у некоторых змей семейства Elapidae, вторично перешедших к жизни в море, повышена чувствительность зрения к ультрафиолету и синему свету за счет специфических мутаций коротковолнового опсина 1 (SWS1). Авторы статьи, вышедшей в Genome Biology and Evolution, показали, что у морских змей ген SWS1 дуплицируется (уникальный пример среди животных), причем его копии подвергаются спектральной дивергенции и расширяют арсенал опсинов змей.

Ученые воспользовались референсными геномами, чтобы оценить состав опсинов у пяти экологически различных видов змей семейства Elapidae. Считается, что у змей встречаются опсины только трех классов, и результаты поиска подтвердили этот вывод. Во всех пяти таксонах исследователи нашли по одной копии генов, кодирующих родопсин 1 (RH1) и длинноволновый опсин (LWS), а в четырех таксонах была найдена одна копия SWS1. Однако у полностью морской змеи Hydrophis cyanocinctus на одной хромосоме оказались целые четыре полноценные копии SWS1. Эти копии несли аминокислотные замены в ключевом сайте, определяющем спектральную чувствительность, и из-за этого отличались по спектрам поглощения. Две из четырех копий имеют пик чувствительности в области ультрафиолета (λ_max ≈ 360 нм), еще две — в сине-фиолетовой области спектра (λ_max ≈ 428 нм). Благодаря перечисленным мутациям улучшается цветовое зрение и, следовательно, адаптированность этой змеи к морской среде.

Молекулярное происхождение этих дупликаций пока остается неясным, хотя авторы отмечают, что инверсия некоторых копий генов характерна для вторичной перестройки, которая могла произойти после неравного обмена сестринскими хроматидами.

Кроме того, анализ филогенетического распределения вариантов SWS1 среди представителей экологически разнообразной клады Hydrophis важен для понимания давления отбора. Так, Hydrophis cyanocinctus активна в вечернее и ночное время и охотится на рыб, прячущихся в камнях. В то же время морская змея Hydrophis curtus имеет одну копию SWS1, но она является дневным хищником. При этом исследователи полагают, что на число копий SWS1 у морских змей влияют несколько невзаимоисключающих факторов.

Мутации в гене родопсина позволяют китовым акулам видеть при низкой освещенности