Как електрическите риби са били в състояние да развият електрически органи

Изследователите потвърдиха, че генетичният контролен регион, който откриха, контролира само експресията на ген на натриев канал в мускулите и никаква друга тъкан. На това изображение зелен флуоресцентен протеин светва само в мускула на багажника на развиващ се ембрион на зебра. Кредит: Мери Суорц/Йохан Еберхарт/Тексасския университет в Остин.

Електрическите органи помагат на електрическите риби, като електрическата змиорка, да правят всякакви невероятни неща: те изпращат и получават сигнали, които звучат като птичи песни, като им помагат да разпознават други електрически риби по вид, пол и дори индивид. Ново проучване в Учените напредват обяснява как малките генетични промени позволяват на електрическите риби да развият електрически органи. Това откритие може също да помогне на учените да идентифицират генетичните мутации, които причиняват определени човешки заболявания.

Еволюцията се възползва от странност в генетиката на рибите, за да развие електрически органи. Всички риби имат дублиращи се версии на същия ген, който произвежда малки мускулни двигатели, наречени натриеви канали. За да развият електрически органи, електрическите риби изключват дубликат на гена на натриевия канал в мускулите и го включват в други клетки. Малките двигатели, които обикновено карат мускулите да се свиват, са преназначени за генериране на електрически сигнали и воала! Ражда се нов орган с удивителни способности.

„Вълнуващо е, защото можем да видим как една малка промяна в гена може напълно да промени мястото, където е изразена“, каза Харолд Закон, професор по невронаука и интегративна биология в Тексаския университет в Остин и съответен автор на изследването.

В новия документ изследователи от UT Austin и Michigan State University описват откриването на кратък участък от този ген на натриев канал – с дължина около 20 букви – който контролира дали генът се експресира в дадена клетка. Те потвърдиха, че при електрическите риби този контролен регион е или нарушен, или напълно липсва. И затова един от двата гена на натриевия канал е изключен в мускулите на електрическите риби. Но последиците надхвърлят еволюцията на електрическите риби.

„Този ​​контролен регион се намира при повечето гръбначни животни, включително хората“, каза Закон. „Така че следващата стъпка по отношение на човешкото здраве би била да се разгледа този регион в базите данни за човешки гени, за да се види колко вариации има при нормалните хора и дали определени делеции или мутации в този регион могат да доведат до намалена експресия на натриеви канали, което може да доведе до заболяване.”

Първият автор на изследването е Сара Лапотин, изследовател в лабораторията на Закон по време на изследването и понастоящем докторант в Университета на Юта. В допълнение към Закон, другите водещи автори на изследването са Йохан Еберхарт, професор по молекулярни биологични науки в UT Остин, и Джейсън Галант, доцент по интегративна биология в Мичиганския държавен университет.

Закон каза, че генът на натриевия канал трябва да бъде изключен в мускулите, преди да може да се развие електрически орган.

„Ако включат гена както в мускула, така и в електрическия орган, тогава всички нови неща, които се случват с натриевите канали в електрическия орган, ще се случат и в мускула“, каза Закон. „По този начин беше важно да се изолира генната експресия в електрическия орган, където тя може да еволюира, без да навреди на мускула.

В света има две групи електрически риби, едната в Африка, а другата в Южна Америка. Изследователите открили, че електрическите риби от Африка са имали мутации в контролния регион, докато електрическите риби от Южна Америка са ги загубили напълно. И двете групи стигнаха до едно и също решение за разработване на електрически орган – загуба на експресия на ген на натриевия канал в мускулите – макар и по два различни пътя.

“Ако превъртите лентата на живота и играете, тя ще играе ли по същия начин или ще намери нови пътища напред? Еволюцията ще работи ли по същия начин отново и отново?” каза Галант, който отглежда южноамериканските електрически риби, използвани в част от изследването. “Електрическите риби се опитват да отговорят на този въпрос, защото многократно са развивали тези невероятни характеристики. Електрически риби. Това наистина беше съвместно усилие.”

Един от следващите въпроси, на които изследователите се надяват да отговорят, е как контролната област се е развила, за да активира натриевите канали в електрическия орган.


Генът, отговорен за “искрата” на електрическа риба, открит в южноамериканския призрачен нож


Повече информация:
Sarah LaPotin et al, Дивергентната цис-регулаторна еволюция е в основата на конвергентна загуба на експресия на натриевия канал в електрически риби, Учените напредват (2022 г.). DOI: 10.1126/sciadv.abm2970. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2970

Предоставено от Тексаския университет в Остин

цитат: Как електрическата риба еволюира електрическите органи (1 юни 2022 г.) Извлечено на 2 юни 2022 г. от https://phys.org/news/2022-06-electric-fish-evolve.html

Този документ е обект на авторско право. Освен за честна употреба за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието е предоставено само за информация.

Add Comment