Мамонт, возможно, отрастил шерсть из-за обширной делеции в гене DROSHA

Группа под руководством исследователей из Центра палеогенетики в Стокгольме (коллаборация между Стокгольмским университетом и Шведским музеем естественной истории) секвенировали два новых генома шерстистого мамонта Mammuthus primigenius. Они также идентифицировали специфичные для мамонтов делеции и инсерции (инделы), сравнив их геномы с опубликованными ранее геномами азиатских и африканских слонов.

Шерстистый мамонт был последним выжившим видом рода Mammuthus, который возник в Африке 3–5 млн лет назад. Современные родственники мамонтов, азиатские и африканские слоны, обитают в тропиках и субтропиках, мамонты же адаптировались к холодным и сухим степным тундрам высоких широт Северного полушария с зимними температурами до -50°С. Густой мех, маленькие уши и хвосты минимизировали потерю тепла, а толстый слой жира под кожей обеспечивал запас энергии.

В предыдущих исследованиях этих и других авторов был получен полный набор SNP, изменяющих белки и характерных для мамонтов, но не для слонов. Известно, однако, что делеции и инсерции также играют важную роль в адаптации и видообразовании. Чтобы с большей уверенностью идентифицировать инделы, авторы секвенировали два новых генома мамонтов из Сибири с покрытием 13,8х и 13,9х, а также использовали три ранее секвенированных с высоким качеством генома. Поскольку короткие риды склонны к смещению, авторы включили в сборку только риды длиной не менее 50 п.н.

Эти пять мамонтов жили в разное время, от 44 200 до 4 300 лет назад, и относились к разным генетическим кладам. Поэтому можно предположить, что большая часть инделов этих особей характерна для всех шерстистых мамонтов позднего плейстоцена (от 126 000 до 11 700 лет назад). Для сравнения использовали шесть геномов ближайшего родственника мамонтов, азиатского слона и 24 генома африканских слонов (теперь считается, что африканские слоны — это не один, а два вида, саванный слон и лесной слон).

Авторы идентифицировали десятки тысяч делеций и инсерций. Из них 41 делеция превышает 10 т.п.н., а самая большая делеция на хромосоме 26 включает участок размером 269 т.п.н., лишенный генов. Инделов значительно больше в межгенных областях — это указывает на действие отбора против перестроек, которые влияли на кодирующие последовательности. Однако авторы обнаружили 84 гена с делециями и 3 гена с короткими вставками, вероятно, влияющими на функции.

Многие из этих генов могли определять характерные признаки мамонта, например, общее содержание и распределение жира в теле (EPM2A, RDH16 и SEC31B), рост шерсти, форму и размер волосяных фолликулов (CD34, DROSHA и TP63), морфологию скелета (CD44, ANO5 и HSPG2), строение уха (ILDR1 и CHRD) и температуру тела (CES2). Гены ZBTB20, CIZ1 и TTN могли участвовать в уменьшении размера шерстистых мамонтов позднего плейстоцена.

Среди генов с обширными делециями экзомных последовательностей — CD44 и DROSHA. Ген CD44 кодирует гликопротеин клеточной поверхности. На мышах показано, что от CD44 зависит диаметр и длина большеберцовой кости. У мамонтов кости ног были прочнее, чем у современных слонов, причем их задние конечности по сравнению с передними относительно более короткие; в этом могла сыграть роль делеция в гене CD44. Ген DROSHA кодирует фермент рибонуклеазу, которая инициирует процессинг микроРНК в ядре клетки. У мышей этот ген отвечает за рост и форму волосяных фолликулов.

Ген ретинолдегидрогеназы RDH16 у мамонта содержит сдвиг рамки считывания из-за делеции. Инактивация RDH16 позволяет мышам накапливать повышенные количества витамина А в печени и почках — признак, характерный для северных млекопитающих.

Ген ANO5 кодирует белок аноктамин-5 и также имеет сдвиг рамки считывания. Гомозиготные мыши с нокаутом ANO5 демонстрируют характерные изменения в строении скелета. Авторы предполагают, что мутация в ANO5 у мамонта могла быть причиной своеобразной формы черепа — более высокого, чем у слона, с массивными челюстями

Авторы отмечают, что функции всех этих генов определены на мышиных моделях «и, таким образом, не обязательно точно соответствуют их функциям у шерстистых мамонтов». Тем не менее функции большинства генов у млекопитающих консервативны, поэтому можно предположить, что у слонов те же гены вызывали сопоставимые фенотипические эффекты.

Также исследователи напоминают, что в настоящее время существует несколько проектов, задача которых — «возрождение» мамонта путем редактирования геномов живых клеток азиатских слонов, например, с помощью CRISPR-Cas9. Новые результаты говорят о том, что в подобных проектах необходимо учитывать делеции и инсерции.