У лягушки при метаморфозе меняется активность 42% генов

Ученые из США и Великобритании провели транскриптомный анализ глаз у головастиков и ювенильных особей южной леопардовой лягушки и обнаружили разницу в уровне экспрессии 42% генов. Кроме того, исследователи нашли различия в активности небольшого числа (5%) генов при изменении освещенности, а также сдвиг цветового восприятия при метаморфозе.

Изображение:

Южная леопардовая лягушка (Lithobates sphenocephalus).

Credit

Todd Pierson


Молекулярные механизмы приспособления зрения амфибий при переходе из водной среды в наземную до недавнего времени были плохо изучены. Это связано с тем, что основной модельный вид — шпорцевая лягушка (Xenopus laevis) — всю жизнь проводит в воде. В отличие от нее, у южной леопардовой лягушки (Lithobates sphenocephalus) только головастики ведут водный и преимущественно дневной образ жизни, взрослые же особи живут на суше и активны ночью. Международная группа ученых решила выяснить, что позволяет южной леопардовой лягушке одинаково хорошо видеть в разных условиях среды на разных стадиях развития. Для этого исследователи изучили глаза 12 особей L. sphenocephalus из одной популяции в Арлингтоне (штат Техас) — по шесть головастиков и ювенильных особей. Половину из них в течение трех часов содержали при нормальном дневном освещении, остальных — 12 часов в полной темноте, соблюдая такой режим и при дальнейших манипуляциях. Затем РНК экстрагировали из глаз и секвенировали. Для сравнения спектра воспринимаемого света (микроспектрофотометрии) использовали дополнительно по одной лягушке и по одному головастику из той же популяции.

В результате транскриптомного анализа всего глаза выяснилось, что после метаморфоза у южной леопардовой лягушки меняется уровень экспрессии 42% генов (11 026 из 23 019 генов), причем наибольшее число транскриптов пришлось на 24 признака. Три из них связаны с развитием зрительной системы: метаболизмом ретинола и ретиноевой кислоты, а также с регуляцией структуры и активности синапсов. Из 170 зрительных генов по уровню экспрессии отличались 111 генов (69%) лягушек на разных стадиях развития. Эти гены влияют на широкий спектр зрительных функций, включая гены развития, такие как CRX и OTX2, которые важны для дифференцировки и поддержания фоторецепторных клеток палочек и колбочек. Разная активность генов опсинов, включая меланопсин (OPN4m) и пинопсин (PIN), свидетельствует о различиях в регуляции циркадных ритмов у головастиков и молодых особей. Некоторые зрительные гены, вероятно, способствовали частичной независимой адаптации зрительной системы леопардовой лягушки к водной и воздушной средам, а также к разным световым условиям.

Кроме того, результаты микроспектрофотометрии подтвердили разницу в спектрах воспринимаемого света, связанную с тем, что в водной среде, особенно в стоячей воде со множеством взвешенных частиц, спектр сдвинут в красную сторону, а в воздушной среде — в синюю. Ученые предполагают, что изменение экспрессии генов в условиях света и темноты может представлять собой форму адаптивной пластичности к кратковременным изменениям уровня света, что требует дальнейшего изучения как у лягушек, так и у других позвоночных животных.

Интересно, что у особей, содержавшихся в темноте и на свету, различалась активность 122 генов (всего 5% от общего числа). Это означает, что изменение условий освещения во время отбора проб (например, в полевых условиях) вряд ли окажет большое влияние на сравнительные исследования при молекулярно-эволюционном анализе. Обнаруженная большая разница в уровне экспрессии зрительных генов у головастиков и взрослых особей южной леопардовой лягушки — пример того, что в эволюции бесхвостых амфибий важную роль играет адаптивное расхождение разных стадий жизненного цикла.

Источник

Schott, R.K., Bell, R.C., Loew, E.R. et al. Transcriptomic evidence for visual adaptation during the aquatic to terrestrial metamorphosis in leopard frogs. // BMC Biol 20, 138 (2022), published online 28 June 2022. DOI: 10.1186/s12915-022-01341-z

Добавить в избранное

Вам будет интересно