Полярная рыба активно экспрессирует белки-антифризы

Ученые из США собрали de novo и проанализировали транскриптом рыбы Liparis gibbus, выловленной у берегов Восточной Гренландии. Оказалось, что гены белков-антифризов у этой рыбы входят в 1% самых активных генов. Эти результаты подчеркивают необходимость белков-антифризов для выживания рыб в полярных широтах.

Молодая особь Liparis gibbus.

Credit: © J. Sparks, D. Gruber | Пресс-релиз

Температура воды в полярных океанах ниже, чем температура замерзания биологических жидкостей у обитающих там рыб. Рыбы гибнут даже при частичном замерзании биологических жидкостей. Они адаптировались к низким температурам за счет синтеза белков-антифризов (antifreeze proteins, AFP), который происходит главным образом в печени. Эти вещества предотвращают формирование кристалликов льда в клетках и тканевой жидкости. К настоящему моменту описаны пять семейств генов, кодирующих разные типы белков-антифризов: типы I-IV и гликопротеины-антифризы.

В новой работе исследователи из Американского музея естественной истории и Городского университета Нью-Йорка сообщили о полярной рыбе, которая, по их словам, переполнена белками-антифризами.

Ученые секвенировали и собрали de novo транскриптом молодой особи Liparis gibbus, которую получили в ходе экспедиции к побережью Восточной Гренландии. Этот вид рыб из семейства морских слизней (липаровых) привлек их внимание способностью к биофлуоресценции — на сегодня это единственная известная биофлуоресцирующая полярная рыба.

Транскриптом проверили на наличие генов AFP. Были обнаружены транскрипты, принадлежащие двум семействам генов: гены белков-антифризов I типа и гены LS-12-подобных белков (антифризов IV типа). При помощи программы AlphaFold ученые установили, что белки обоих типов имеют вид α-спиралей, что соответствует результатам предыдущих работ.

Ученые сопоставили транскриптомную сборку L. gibbus с полногеномными сборками родственных видов — Liparis tanakae и глубоководной рыбы Pseudoliparis swirei. В геноме P. swirei не удалось обнаружить гены AFP I типа; три копии генов этого семейства были обнаружены в одном из двух доступных геномов L. tanakae. Эти гены лишены интронов, что указывает на недавние дупликации, и содержат множество несинонимичных замен, связанных с давлением отбора.

Интересно, что последовательности генов AFP I типа у Liparis gibbus, определенные в этой работе, отличались от установленных ранее для этого вида и родственной рыбы Liparis atlanticus. Это может быть связано с утратой описанных ранее генов у изучаемой особи, ингибирование их экспрессии на определенной стадии развития или невозможнось сборки из-за структурных особенностей ДНК или РНК.

Два транскрипта гена LS-12-подобного белка, обнаруженные у L. gibbus, скорее всего, являются изоформами. У L. tanakae был найден только один ген этого семейства; его последовательность на 98,4% идентична таковой у L. gibbus. Результаты филогенетического анализа предполагают, что в процессе эволюции расхождение LS-12-подобных белков происходило вместе с расхождением видов.

Гены белков-антифризов I и IV типов вошли в 1% наиболее высоко экспрессируемых генов у L. gibbus, что подчеркивает их необходимость для выживания рыбы. В частности, высокая активность генов LS-12-подобного белка предполагает значимость белка для защиты L. gibbus от замерзания вблизи ледников Гренландии. В то же время LS-12-подобный белок является структурным аналогом липопротеина Apo-A1, поэтому высокий уровень его экспрессии может быть связан не с защитой от замерзания, а с температурозависимым транспортом ненасыщенных жиров.

В заключение авторы отмечают, что наблюдаемое с середины прошлого века потепление и сокращение льдов Арктики может привести к заселению полярных вод другими видами рыб. В новых условиях высокоспециализированным животным, таким как Liparis gibbus, придется столкнуться с возросшей конкуренцией.

Источник

Burns, J. A., et al. // Transcriptomics of a Greenlandic Snailfish Reveals Exceptionally High Expression of Antifreeze Protein Transcripts. // Evolutionary Bioinformatics 18 (2022), published online 16 August 2022. DOI: 10.1177/11769343221118347

Пресс-релиз

Добавить в избранное