Загадка "короля ящериц"⁠⁠

Ученые из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН совместно с коллегами из Италии, США, Чехии, Голландии, Австралии расшифровали геном комодского варана. Это позволило составить генеалогическое древо ящера и получить материалы для дальнейшего анализа его физиологических особенностей. Статья об исследовании опубликована в журнале Nature Ecology&Evolution.

С помощью метода, разработанного в лаборатории ИМКБ СО РАН, была произведена сборка хромосом методом in silico (компьютерное моделирование). Такого рода геномные сборки хромосомного уровня, для получения которых хромосомы делятся на фракции с помощью проточного сортинга (разделение по размерам) или микродиссекции, являются особенностью института. Этот метод включает частичное прочтение хромосом специфичной библиотеки ДНК с последующим приписанием результатов неполной сборки — скаффолдов — к определенной хромосоме. Большинство современных видов в открытых базах данных собраны только до протяженных скаффолдов, но не приписаны к хромосомам, что делает невозможными многие важные выводы, в том числе и об эволюции половых хромосом. Именно поэтому иностранные ученые обратились к новосибирским коллегам за помощью.

Комодской варан (или комодский дракон) — уникальное животное. Это самый крупный ящер: длина самца — 2,6 метра, самки — 2,3 метра, вес может достигать ста килограммов. Крупнейшие представители этого вида достигают в длину более 3 м и весят 130 кг. Они являются самыми выносливыми из ящеров и способны на долгие физические нагрузки, прекрасно плавают и развивают скорость на суше до 20 км/ч.

У комодских варанов есть несколько уникальных особенностей. Во-первых, специфическое строение митохондрий, что позволило этим ящерам улучшить энергетическую и аэробную функцию. Во-вторых, особое строение сердечно-сосудистой системы: обычно у рептилий трехкамерное сердце, но у варанов оно четырехкамерное, и есть раздельные круги кровообращения, что приближает их к млекопитающим и птицам. В-третьих, ряд изменений в хеморецепторной системе (отвечающей за восприятие химических стимулов, например обоняние и вкус): у этих ящериц развит вомероназальный орган (орган Якобса), который усиливает обонятельную чувствительность и позволяет замечать добычу за несколько километров. В-четвертых, произошло усовершенствование свертываемости крови: вараны нашли механизм защиты против яда своих же сородичей.

Всего за время исследования был выявлен 201 ген с признаками положительного отбора, многие из которых повлияли на сердечно-сосудистую, энергетическую и хеморецепторную системы варана. Дальнейшие планы включают изучение генов половых хромосом и идентификацию гена — триггера развития по женскому типу у варановых. Данные о генах, прошедших положительный отбор, будут важны для сравнения с другими видами позвоночных и понимания направления эволюционных процессов в целом.

Половые хромосомы этого ящера гомологичны 28-й хромосоме курицы или 18-й ящерицы каролинский анолис (это стало известно после сравнения генома варана с родственными видами). У разных групп рептилий разные участки ДНК отвечают за определение пола потомства. Сложность их изучения в том, что половые хромосомы очень маленькие, они плохо собираются, и нужна особая техника для их прочтения. Гены, которые отвечают за пол потомства, до сих пор не определены.

Любопытный случай размножения зафиксирован у самки комодского варана, жившей в зоопарке. Дело в том, что эти рептилии обладают способностью к партеногенезу (однополому размножению) в особых условиях. Интересно, что у варанов механизм партеногенетического самовоспроизведения идет по такому способу, что все детеныши оказываются самцами. Это связано с тем, что при мейозе сначала происходит редукция (уменьшение) числа хромосом, а потом слияние их гамет, несущих одинаковую половую хромосому. При этом условии выжили только носители ZZ-хромосом (самцы), а особи WW оказались нежизнеспособными.

«Ящерицы с их многочисленными видами всегда привлекали наше внимание. Мы давно работаем с разными группами рептилий, и каждый раз находим какие-то особенности, которые проливают свет на эволюцию позвоночных в целом. Но сейчас численность многих видов рептилий сокращается, они не выдерживают конкуренции ни с млекопитающими, ни с человеком. Поэтому на нас лежит ответственность сохранить виды варановых, чему может помочь понимание их генетических особенностей», — подвел итог ведущий научный сотрудник ИМКБ СО РАН доктор биологических наук Владимир Александрович Трифонов.

Наука в Сибири