Морские слизни из Япского желоба хорошо приспособлены к жизни на экстремальной глубине

Ультраабиссаль (hadal zone) — зона океана глубже 6000 метров, характерная для глубоководных желобов. Организмы, населяющие ультраабиссаль, приспособились к огромному давлению, низким температурам, бедной кормовой базе и отсутствию света. На данный момент мало известно об эволюционных адаптациях позвоночных к этим экстремальным условиям.

В 2015 году китайские исследователи погрузились в Япский желоб (Yap Trench) в подводном аппарате Jiaolong. На глубине около 7000 метров они отловили двух рыбок, которые принадлежали к неизвестному виду морских слизней, или липаровых. По месту обитания его предварительно назвали Yap hadal snailfish (YHS). Китайские ученые секвенировали геном YHS и выявили молекулярные механизмы, которые позволили ему приспособиться к глубоководным условиям. Ранее был секвенирован только геном Pseudoliparis swirei, морского слизня из Марианской впадины.

Геном YHS секвенировали на аппаратах PacBio и Illumina; среднее число прочтений составило 99,34 и 59,87, соответственно. Размер генома оценили в 815,59 мегабаз, 731,75 мегабаз собрали de novo. Ученые предсказали, что геном содержит 24 329 генов, анализ транскриптома подтвердил 18 537, успешно аннотировали 24 265.

Высокое давление воды может повреждать ДНК, поэтому геном YHS был обогащен генами системы репарации. В частности, ученые обнаружили восемь паралогов гена rad51. Кроме того у морских слизней Япского желоба и Марианской впадины обнаружили замены в высококонсервативных последовательностях других белков, участвующих в репарации ДНК: M68L и K167M в белке RAD52, а также V154F в RAD9A. Пока неясны функции этих замен.

Триметиламиноксид (TMAO) — это стабилизатор белков, защищающий их от денатурации, который часто находят в мышцах морских рыб. У рыб TMAO образуется после окисления триметиламина (TMA) ферментом печени FMO3 (flavin-containing monooxygenase-3); TMA синтезирует микробиота кишечника. Как и ожидалось, содержание TMAO в мышцах YHS было намного выше, чем в мышцах мелководных рыб. Геном YHS содержал пять копий гена fmo3, четыре из них повторялись тандемно. Микробиом кишечника YHS был обогащен бактериями, которые синтезируют TMA: Escherichia/Shigella, Serratia, Vitreoscilla, Acinetobacter, Streptococcus и Clostridium sensu stricto.

Адаптация к глубоководной жизни не обошла и сенсорные системы YHS. Так, у них обнаружили две копии гена, кодирующего рецептор кислого вкуса (pkd2l1, polycystic kidney disease 2-like 1), в отличие от других костистых рыб, у которых копия одна. Две копии pkd2l1 находили также у рыб, живущих в подводных пещерах. Ген горького вкуса tas2r (taste receptor type 2) не был обнаружен в геномах морских слизней, живущих в ультраабиссали. У них также меньше генов, отвечающих за обоняние. Так, у YHS нашли всего 25 функциональных генов и 15 псевдогенов. Для сравнения, у рыбок данио 102 функциональных гена и 35 псевдогенов. В геноме YHS также выявили признаки атрофии зрения, схожие с теми, что встречаются у рыб из подводных пещер.

Таким образом, авторы исследования показали молекулярные механизмы адаптации морских слизней из Япского желоба к глубоководной среде. Они отметили, что подобные механизмы характерны и для морских слизней из Марианской впадины, хотя эти два вида разделяют сотни километров. Вероятно, они произошли от общего предка, заключил один из авторов исследования.