Листовидные придатки рыбы Phyllopteryx taeniolatus развились из плавников

Рыбы семейства игловых, к которому относятся морские коньки, обладают многими уникальными чертами, включая необычный внешний вид, трубкообразный беззубый рот, отсутствие тазовых плавников и чешуи и «мужскую беременность», при которой оплодотворенные яйца развиваются внутри специализированной части тела самцов. До недавнего времени не были известны генетические основы этих особенностей. Также неясно, как у этих рыб происходит определение пола.

Международная группа ученых секвенировала de novo геном представителя семейства игловых Phyllopteryx taeniolatus и его близкого родственника Syngnathoides biaculeatus. В случае P. taeniolatus полная геномная последовательность, распределенная по хромосомам, была определена для самца и для самки.

Авторы проанализировали транскриптомные профили генов, наиболее активно экспрессируемых в листовидных придатках P. taeniolatus, а также геном. Они показали, что гены, необходимые для развития плавников, такие как msx, dlx и fgf, были приспособлены для образования придатков. В придатках отсутствует экспрессия hox-генов, но высок уровень экспрессии генов, связанных с регенерацией.

Интересно, что в геноме P. taeniolatus количество генов, кодирующих главный комплекс гистосовместимости I класса (MHC-I), существенно превышает таковое у S. biaculeatus и других игловых (32 против 7–14). Из них 19 генов располагаются тандемно и формируют кластер, обогащенный транспозонами. Авторы предположили, что увеличенное количество генов MHC-I обеспечивает лучшую иммунную защиту рыбы, которая спасается от врагов с помощью маскировки посредством легко травмируемых мягких придатков.

Сравнение геномов самки и самца P. taeniolatus позволило выявить локус, связанный с определением пола. Этот локус, по-видимому, находится только на одной из двух гомологичных хромосом 4 и содержит один ген — amhr2y. Авторы предположили, у этой рыбы есть некое подобие системы определения пола XX/XY, но без отдельных половых хромосом.

Ученые также показали, что отсутствие зубов у игловых связано с утратой гена scpp5. Ранее уже было известно, что гены семейства scpp необходимы для формирования зубов. Утрата зубов у птиц, черепах и некоторых млекопитающих, вероятно, связана с превращением scpp в псевдогены. Необходимость scpp5 для формирования зубов у рыб авторы подтвердили с помощью нокаута этого гена у рыбки данио посредством CRISPR/Cas-системы. У рыбок с нокаутом scpp5 было значительно меньше функциональных зубов.