Manipulálták az ősi géneket, hogy túléljék a hónapokig tartó szárazságot

A türkiz killi (Nothobranchius furzeri) az egyenlítői Afrika időszakosan feltöltődő tavaiban honos, a fogaspontyalakúak rendjébe tartozó halfaj

Az türkiz killi (Nothobranchius furzeri) az egyenlítői Afrika időszakosan feltöltődő tavaiban honos, ahol egy félsivatagi régióban él. Ez a kis hal kifejlesztett egy praktikus biológiai módszert, hogy túlélje a hónapokig tartó szárazságot, amely minden évben felperzseli a sáros tavakat.

Csak így tudják túlélni a szárazságot

Ezeknek a hüvelykujjnyi hosszúságú halaknak a fejlődő embriói a száraz időszakban egyszerűen abbahagyják a növekedést – nem sokkal azután, hogy agyuk és szívük elkezdett kialakulni. Hónapokig felfüggesztett animációban, úgynevezett diapauzában várják ki a hosszan tartó szárazságot. A tudósok most rájöttek, hogy 

a türkiz killi (Nothobranchius furzeri) hogyan képes erre a szárazságtűrő trükkre: a genomjában eltemetett ősi gének felhasználásával, amelyek több mint 473 millió évvel ezelőtt keletkeztek.

Amerikai és németországi kutatók meglepő megállapításaikat a Cell című tudományos folyóiratban publikáltak, amely szerint a N. furzeri csak 18 millió évvel ezelőtt fejlesztette ki a diapauzába való átmenet képességét, amikor azokba a tavakba költözött, amelyek csak időszakosan léteznek.

Egy türkiz killi, amelynek embriói átlagosan nyolc hónapig képesek túlélni az extrém körülményeket őshonos élőhelyükön a szárazságban, és akár két évig is a laboratóriumi kísérletekben
Fotó: Rogelio Barajas/Xiaoai Zhao

A csapat által a diapauzában kifejeződő géneket elemezte és arra jutott, hogy ennek a viszonylag újkeletű képességnek a megszerzéséhez a halaknak nagyon ősi „hardvereket” kellett használniuk.

Bár a halaknak ez a képessége viszonylag a közelmúltban alakult ki, magára a diapauzára specializálódott gének nagyon régiek. Azt találtuk, hogy az állatok speciális génjeinek többsége nagyon ősi eredetű, ami azt jelenti, hogy az összes gerinces közös ősében megkettőződött

 – magyarázta Anne Brunet, a Stanford Egyetem molekuláris biológusa a ScienceAlert online tudományos portálnak.

Ezek az úgynevezett paralógok olyan génpárok, amelyek akkor jönnek létre, amikor egy gént másoltak be a genomba, akár ugyanazon, akár egy külön kromoszómán. A véletlenszerű mutációk mellett ez a genetikai duplikáció az egyik fő módja annak, hogy új gének keletkezzenek vagy új funkciót kapjanak.

 

Megvédi a genomjukat a károsodástól

Brunet kutatócsoportja azt találta, hogy a türkiz killinél minden paralóg-pár egyik génje erősen kifejeződik a diapauzában, míg a másik gén aktív fejlődés során valahogy bekapcsol.

Az egész program olyan, mint a nappal és az éjszaka váltakozása. A türkiz killit más gyilkoshalfajokkal diapauzával és anélkül összehasonlítva megállapítottuk, hogy a N. furzeri „felszabadította” a genomjának egyes részeit, hogy hozzáférhessen több ezer ősi paralóghoz az alkalmazkodás végett

 – magyarázta Brunet.

A N. furzeri genomjában található speciális paralóg gének valószínűleg a zord környezeti feltételekhez való alkalmazkodás módjait keresve váltak „hozzáférhetőbbé” a sejtek azon gépezete számára, amely ezeket a géneket működő fehérjékké alakítja.

A türkiz killi (Nothobranchius furzeri) az egyenlítői Afrika időszakosan feltöltődő tavaiban honos, a fogaspontyalakúak rendjébe tartozó halfaj
Fotó: Pinterest

Hozzátette: ez a genomikai átalakítás a lipidanyagcserében bekövetkezett változást eredményezett, amelynek következtében az afrikai türkizkék gyilkoshal embriói most több nagyon hosszú láncú zsírsavat termelnek diapauzában, ami a tudósok szerint megvédheti genomjukat a károsodástól.

Bár a türkiz killi embriók nem igazán vetekednek a medveállatkákkal, figyelemre méltó az a képességük, hogy sok lipid termelésével úgy tudják megállítani a fejlődést, hogy közben nem károsítják a félig kialakult szerveiket. Ez az egyetlen olyan gerinces faj, amely a fejlődés ilyen késői szakaszában képes diapauzába kerülni: olyan, fejlődő agyuk és szívük van, amely szünet után abbahagyja a szívdobogást, majd újraindul.