Биологи узнали, почему геном серебряного карася состоит из шести копий

Серебряный карась Carassius gibelio — опасный инвазивный вид, угрожающий местным рыбам Европы. Успешным захватчиком водоемов его делают способность к однополому размножению с паразитизмом на сперме других рыб и связанное с ними наличие целых шести копий генома. В новом исследовании биологи получили последовательность ДНК серебряного карася и выяснили эволюционные корни этой необычной рыбы.

Серебряный, или прусский карась Carassius gibelio представляет собой один из видов рода карась из семейства карповых рыб. Его ближайшие родственники — обыкновенный карась C. carassius и золотая рыбка C. auratus, однако зоологи имеют различные взгляды на их систематику.

Подобно золотым рыбкам, которых одомашнили в Азии много веков назад и превратили в целое множество декоративных разновидностей, серебряного карася тоже разводят в прудах. А еще этот вид широко расселился по природным водоемам, особенно в Европе, где оказался самым агрессивным представителем инвазивной фауны.

Популяции серебряного карася представлены по большей части самками, а в отдельных водоемах состоят исключительно из них. Как же самки серебряного карася умудряются размножаться без помощи самцов? Подобно некоторым другим организмам (по большей части растениям и беспозвоночным), они способны к партеногенезу, то есть однополому размножению. В этом случае икринка (яйцеклетка) может начать дробиться и образовать полноценный зародыш без оплодотворения сперматозоидом.

В случае серебряного карася необходима существенная оговорка: для его партеногенеза все же нужна сперма — только других рыб, родственных этому виду. Чужие сперматозоиды запускают развитие яйцеклеток, но их ДНК в нем не используется.

Стоит отметить, что возможность размножаться привычным способом C. gibelio не утратили: при наличии самцов у отдельных разновидностей происходит обычное оплодотворение икры спермой.

Помимо «паразитизма на чужой сперме» (действительно паразитизм, ведь другие рыбы при этом теряют свои половые клетки), у серебряного карася есть и другая странная черта, связанная с первой. Речь о его полиплоидности, то есть наличии более чем двух гаплоидных наборов хромосом в геноме. Среди растений известно немало полиплоидов, однако для животных (тем более позвоночных) это порядочная редкость. Серебряный карась в этом отношении особенно удивляет, ведь его геном состоит из целых шести копий, которые немного отличаются друг от друга.

Чтобы разобраться со сложным эволюционным прошлым, авторы новой статьи в Nature Communications получили последовательность генома C. gibelio — каждой из 150 хромосом шести гаплоидных комплектов. Это позволило понять, как они попали в геном, и установить их связь с необычной стратегией размножения этого животного.

Дело в том, что партеногенез обычно приводит к неуклонному накоплению вредных мутаций, однако выяснилось, что серебряный карась успешно борется с этим благодаря особой организации генома и наличию «запасных копий», которые делают его более стабильным.

Оказывается, шесть свох копий генома серебряный карась получил двумя различными путями. В эволюционном прошлом этой рыбы имела место как аллополиплоидизация (внедрение набора хромосом другого вида), так и аутополиплоидизация (удвоение собственного генома с последующим постепенным изменением полученных копий).

Известно, что один эпизод полногеномного удвоения произошел у предка всех лучеперых рыб, а другой связан с появлением семейства карповых. Авторы нового исследования выяснили, что предком Carassius gibelio был как раз вид с тетраплоидным геномом — состоящим из четырех гаплоидных наборов хромосом.

Ученые подчеркивают связь между необычным геномом этой рыбы и ее даже более необычным размножением. «Вероятно, в какой-то момент во время всех этих скрещиваний возникли проблемы с образованием половых клеток. Именно это могло положить начало однополому размножению», — пояснила Дунья Ламатш (Dunja Lamatsh) из Университета Инсбрука (Австрия), руководитель исследования.