Сравнительное геномное исследование проливает новый свет на эволюцию кошек

Новое исследование, проведенное Техасским университетом A&M и учеными Университета Миссури, объясняет, как кошачьи, включая домашних кошек, львов, тигров и азиатских леопардовых кошек, эволюционировали в разные виды, и проливает свет на то, как различные генетические изменения у кошек связаны со способностями к выживанию. Результаты были опубликованы в журнале Nature Genetics.

«Наша цель состояла в том, чтобы лучше понять, как развивались кошки, и генетическую основу различий между видами кошек», — сказал профессор Билл Мерфи из Техасского университета A&M. «Мы хотели воспользоваться некоторыми новыми технологиями, которые позволяют нам создавать более полные геномные карты кошек».

Профессор Мерфи и его коллеги пытались лучше понять, почему хромосомы кошек — клеточные структуры, содержащие генетическую информацию о таких характеристиках, как цвет шерсти, размер и сенсорные способности — более стабильны, чем у других групп млекопитающих.

«Мы уже давно знаем, что хромосомы кошек разных видов очень похожи друг на друга. Например, хромосомы львов и домашних кошек практически не различаются», — сказал профессор Мерфи. «Похоже, что дупликаций, перестроек и других типов вариаций гораздо меньше, чем у человекообразных обезьян».

В отряде приматов такого рода генетические вариации привели к эволюции различных видов, включая человека и человекообразных обезьян.

«Гены человекообразных обезьян имеют тенденцию ломаться и перестраиваться, и даже в геноме человека есть очень нестабильные участки. Эти вариации могут предрасполагать некоторых людей к генетическим заболеваниям, таким как аутизм и другие неврологические расстройства», — сказал профессор Мерфи.

Ключом к этим различиям между кошками и обезьянами, по-видимому, является частота так называемых сегментных дупликаций.

«Исследователи генома приматов смогли связать эти сегментные дупликации с перестройками хромосом. Чем больше сегментных дупликаций в вашей ДНК, тем больше вероятность перестройки хромосом и т. д.», — сказал профессор Мерфи. «Сравнивая большое количество геномов видов кошек, мы обнаружили, что у кошек имеется лишь малая часть сегментных дупликаций, обнаруженных у других групп млекопитающих — на самом деле у приматов таких дупликаций в семь раз больше, чем у кошек. Это большая разница, и теперь мы считаем, что понимаем, почему геномы кошек более стабильны».

Хотя у кошек, возможно, не так много крупных генетических перестроек в ДНК, у них все же есть много различий.

Благодаря своим исследованиям авторы теперь лучше понимают, какие части ДНК кошек вызывают эти вариации, особенно вариации, определяющие видообразование или различия между видами.

«Оказывается, в центре Х-хромосомы есть большая область, где происходит большая часть генетических перестроек», — сказал профессор Мерфи. «На самом деле, в этом регионе есть один специфический повторяющийся элемент под названием DXZ4, который, как говорят нам, в значительной степени ответственен за генетическую изоляцию по крайней мере двух видов кошек: домашней и лесной».

DXZ4 — повтор спутника; это не типичный ген, который кодирует такой физический признак, как цвет шерсти, а, скорее, он помогает в трехмерной структуре Х-хромосомы и, вероятно, играет важную роль в видообразовании кошек.

«Мы до сих пор не знаем точный механизм, но, сравнивая все эти кошачьи геномы, мы можем лучше измерить скорость, с которой DXZ4 развивался у одного вида по сравнению со всеми остальными. Мы узнали, что DXZ4 — одна из наиболее быстро развивающихся частей генома кошки; он развивается быстрее, чем 99,5% остального генома», — сказал профессор Мерфи. «Благодаря скорости, с которой он мутирует, мы смогли продемонстрировать, почему DXZ4, вероятно, связан с видообразованием».

Используя новые, очень подробные последовательности генома, профессор Мерфи и соавторы также обнаружили более четкую связь между количеством обонятельных генов, которые управляют обнаружением запаха у кошек, и вариациями социального поведения и тем, как они связаны с окружающей средой.

«Поскольку кошки — хищники, которые в значительной степени полагаются на обоняние, чтобы обнаружить свою добычу, их обоняние — довольно важная часть их личности», — сказал профессор Мерфи. «Кошки — очень разнообразное семейство, и мы всегда хотели понять, как генетическая изменчивость играет роль в способности разных видов кошек чувствовать запах в разной среде обитания».

У львов и тигров довольно большая разница между определенными генами запахов, участвующими в обнаружении феромонов — химических веществ, которые разные животные выделяют в окружающую среду для передачи информации о личности, территории или опасности.

Вероятно, большая разница связана с тем, что львы — очень социальные животные, живущие семейными группами, а тигры — одиночный образ жизни. Львы, возможно, меньше полагаются на феромоны и другие запахи, потому что они постоянно находятся рядом с другими львами, что отражается в меньшем количестве генов этого типа в их геномах. Тигры, с другой стороны, должны иметь возможность чуять добычу на очень больших территориях, а также находить себе пару.

«Тигры, как правило, имеют большой набор обонятельных и феромонных рецепторов. Мы считаем, что это напрямую связано с размером их территорий и разнообразием окружающей среды, в которой они живут», - сказали ученые.

С другой стороны, домашние кошки, похоже, утратили широкий спектр обонятельных генов. Если им не нужно путешествовать так далеко, чтобы найти то, что им нужно, потому что они живут с людьми, то вполне логично, что естественный отбор не сохранит эти гены.

Один из наиболее важных выводов этого исследования заключается в том, что виды кошек могут быть во многом похожи, но их различия имеют значение.

Эти различия показывают, насколько эти животные идеально приспособлены к своей естественной среде обитания. Они не взаимозаменяемы, и это ценная информация для защитников природы и других лиц, работающих над сохранением или восстановлением видов в их естественной среде обитания.