Ученые расшифровали полный геном европейской жемчужницы
12.01.2021
Европейская жемчужница – исчезающий пресноводный моллюск, наделенный редкими биологическими свойствами: он является животным-долгожителем, предельный возраст отдельных особей достигает 200 лет, и кроме того, порядок генов в геноме жемчужниц за миллионы лет их существования остался неизменным. Расшифрованный геном позволит оценить состояние популяций и дальнейшие шансы на выживание вида, а также в перспективе спроектировать на человека гены, отвечающие за долголетие.
Жемчужница ранее была распространена по всей Европе, но сейчас является исчезающим видом в большинстве стран континента. В XVII-XIX веках на севере России и в странах Скандинавии велся промысел жемчужницы в промышленных масштабах: из речного жемчуга изготавливались украшения, он использовался для инкрустации окладов икон и жемчужного шитья на одежде. К настоящему времени жизнеспособные популяции сохранились в основном на территории Норвегии и России (на Кольском полуострове, в Карелии, Архангельской, Ленинградской и Новгородской областях). По подсчетам биологов, на Северо-Западе России до сих пор обитает несколько десятков миллионов жемчужниц, а, например, в Австрии, осталось всего около двух тысяч.
Как правило, европейская жемчужница населяет холодные быстротекущие реки. Глобальное потепление климата вызвало сложности с размножением и воспроизводством холодолюбивого вида. Личинки этих моллюсков развиваются на жабрах лососевых рыб (семги и кумжи). Если вода недостаточно холодная, они теряют способность прикрепляться к жабрам рыбы-хозяина, не могут передвигаться и гибнут из-за теплового шока.
Работу по расшифровке полного генома пресноводного моллюска европейская жемчужница (Margaritifera margaritifera) вела международная группа ученых, в составе которой были биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Лавёровский центр, Архангельск). Реализация проекта заняла три года. Исследования на территории России вели директор ФИЦКИА УрО РАН Иван Болотов и ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии ФИЦКИА УрО РАН Илья Вихрев. Часть работ, в ходе которых использовались ультрасовременные секвенаторы ДНК, осуществлялась в Университете Порто (Португалия) под руководством профессора Мануэля Лопеса Лимы.
«Европейская жемчужница – первый пресноводный моллюск из этого семейства, чей геном удалось полностью расшифровать. Более того, это второй в мире крупный пресноводный двустворчатый моллюск с полностью известным геномом. Он содержит 2,4 гигабайта информации. Идентифицировано 35119 генов, кодирующих разные белки. Это один из крупнейших прорывов мирового уровня в геномике за 2020 год. Часть генов мы уже расшифровали и узнали их функциональные свойства – за какие белки и особенности организма они отвечают», – сообщил Иван Болотов.
Жемчужницы относятся к древним представителям животного мира. Первые виды появились на Земле около 170 млн лет назад – это современники динозавров. За прошедшее время ряд особенностей жемчужниц (например, форма раковины) практически не изменился. Скорость их генетической эволюции – очень медленная.
«Раз жемчужницы медленно эволюционируют, значит, они обладают неким механизмом, который обеспечивает стабильность их генома, – рассказывает Иван Болотов. – В геноме в процессе его функционирования могут возникать ошибки вроде сбоев компьютерной программы, но у жемчужниц есть что-то, что позволяет удалять эти ошибки, стирать их из генетического кода. Порядок генов в митохондриальном геноме жемчужниц за 170 млн лет остался неизменным».
Жемчужница также является животным-долгожителем, причем предельный возраст зависит от климата. Отдельные ее особи на севере могут доживать до 200 лет и более, в то время как на юге – до 40-50 лет.
Расшифрованный геном жемчужницы имеет большое значение для ее сохранения. Кроме того, ученые смогут идентифицировать функциональные гены, отвечающие за долголетие, которые позволяют жемчужнице при определенных условиях регулировать продолжительность жизни в широких пределах. В перспективе эту часть исследования можно спроецировать и на человека. Активирование аналогичных по функциям генов теоретически может послужить делу продления человеческой жизни.
Рукопись, кратко описывающая объем генома и набор генов, некоторые особенности исследования, размещена на сервере препринтов bioRxiv. Эта работа представлена на рассмотрение в высокоимпактовый журнал DNA Research.
Жемчужница ранее была распространена по всей Европе, но сейчас является исчезающим видом в большинстве стран континента. В XVII-XIX веках на севере России и в странах Скандинавии велся промысел жемчужницы в промышленных масштабах: из речного жемчуга изготавливались украшения, он использовался для инкрустации окладов икон и жемчужного шитья на одежде. К настоящему времени жизнеспособные популяции сохранились в основном на территории Норвегии и России (на Кольском полуострове, в Карелии, Архангельской, Ленинградской и Новгородской областях). По подсчетам биологов, на Северо-Западе России до сих пор обитает несколько десятков миллионов жемчужниц, а, например, в Австрии, осталось всего около двух тысяч.
Как правило, европейская жемчужница населяет холодные быстротекущие реки. Глобальное потепление климата вызвало сложности с размножением и воспроизводством холодолюбивого вида. Личинки этих моллюсков развиваются на жабрах лососевых рыб (семги и кумжи). Если вода недостаточно холодная, они теряют способность прикрепляться к жабрам рыбы-хозяина, не могут передвигаться и гибнут из-за теплового шока.
Работу по расшифровке полного генома пресноводного моллюска европейская жемчужница (Margaritifera margaritifera) вела международная группа ученых, в составе которой были биологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики Уральского отделения РАН (Лавёровский центр, Архангельск). Реализация проекта заняла три года. Исследования на территории России вели директор ФИЦКИА УрО РАН Иван Болотов и ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной экологии и биогеографии ФИЦКИА УрО РАН Илья Вихрев. Часть работ, в ходе которых использовались ультрасовременные секвенаторы ДНК, осуществлялась в Университете Порто (Португалия) под руководством профессора Мануэля Лопеса Лимы.
«Европейская жемчужница – первый пресноводный моллюск из этого семейства, чей геном удалось полностью расшифровать. Более того, это второй в мире крупный пресноводный двустворчатый моллюск с полностью известным геномом. Он содержит 2,4 гигабайта информации. Идентифицировано 35119 генов, кодирующих разные белки. Это один из крупнейших прорывов мирового уровня в геномике за 2020 год. Часть генов мы уже расшифровали и узнали их функциональные свойства – за какие белки и особенности организма они отвечают», – сообщил Иван Болотов.
Жемчужницы относятся к древним представителям животного мира. Первые виды появились на Земле около 170 млн лет назад – это современники динозавров. За прошедшее время ряд особенностей жемчужниц (например, форма раковины) практически не изменился. Скорость их генетической эволюции – очень медленная.
«Раз жемчужницы медленно эволюционируют, значит, они обладают неким механизмом, который обеспечивает стабильность их генома, – рассказывает Иван Болотов. – В геноме в процессе его функционирования могут возникать ошибки вроде сбоев компьютерной программы, но у жемчужниц есть что-то, что позволяет удалять эти ошибки, стирать их из генетического кода. Порядок генов в митохондриальном геноме жемчужниц за 170 млн лет остался неизменным».
Жемчужница также является животным-долгожителем, причем предельный возраст зависит от климата. Отдельные ее особи на севере могут доживать до 200 лет и более, в то время как на юге – до 40-50 лет.
Расшифрованный геном жемчужницы имеет большое значение для ее сохранения. Кроме того, ученые смогут идентифицировать функциональные гены, отвечающие за долголетие, которые позволяют жемчужнице при определенных условиях регулировать продолжительность жизни в широких пределах. В перспективе эту часть исследования можно спроецировать и на человека. Активирование аналогичных по функциям генов теоретически может послужить делу продления человеческой жизни.
Рукопись, кратко описывающая объем генома и набор генов, некоторые особенности исследования, размещена на сервере препринтов bioRxiv. Эта работа представлена на рассмотрение в высокоимпактовый журнал DNA Research.
