Новое исследование, опубликованное в журнале Genome Biology and Evolution, показывает, что белки яичного желтка могли быть использованы для обеспечения материнского питания у живородящих акул и их родственников.

Хотя рождение живого потомства - это черта, которая ассоциируется у большинства людей с млекопитающими, этот способ репродукции - также известный как живорождение - эволюционировал более 150 раз среди позвоночных, включая более 100 независимых случаев возникновения у рептилий, 13 у костистых рыб, девять у хрящевых рыб, восемь у амфибий и один раз у млекопитающих. Следовательно, понимание эволюции этого репродуктивного способа требует изучения вивипаритета в нескольких линиях.

Среди хрящевых рыб - группы, включающей акул, коньков и скатов, - до 70% видов рождают живую молодь; однако живородящий характер этих животных остается малоизученным из-за их неуловимости, низкой плодовитости и больших и повторяющихся геномов.

В статье, опубликованной недавно в журнале Genome Biology and Evolution, группа исследователей под руководством Шигехиро Кураку, ранее возглавлявшего группу в лаборатории филоинформатики Центра исследований динамики биосистем RIKEN в Японии, поставила перед собой задачу устранить этот пробел. Их исследование выявило белки яичного желтка, которые были утрачены у млекопитающих после перехода к живорождению, но сохранились у живородящих акул и скатов. Результаты исследования позволяют предположить, что эти белки могли сыграть новую роль в обеспечении питания развивающегося эмбриона у хрящевых рыб.

По словам Кураку, который сейчас работает профессором лаборатории молекулярной истории жизни в Национальном институте генетики в Мисиме, исследователи давно хотели узнать больше об эволюции живородящести у акул и их родственников. "Размножение - одна из самых увлекательных особенностей хрящевых рыб, потому что они демонстрируют широкий спектр репродуктивных способов".

Среди живородящих видов это включает в себя целый ряд механизмов обеспечения питательными веществами развивающегося эмбриона, от полагающихся исключительно на питательные вещества, присутствующие в желточном мешке эмбриона, до кормления эмбриона неоплодотворенными яйцами, выделения питательных веществ из матки ("маточное молоко") или передачи питательных веществ через плаценту.

Чтобы лучше понять эти различные механизмы, авторы провели поиск гомологов вителлогенина (VTG), основного белка желтка, синтезируемого в печени самки у видов, откладывающих яйца, в геномных и транскриптомных данных 12 хрящевых рыб. Независимо от способа репродукции, все виды хрящевых рыб имели как минимум две копии VTG, в то время как у млекопитающих все копии VTG были утрачены (хотя авторы идентифицировали копию у тасманского дьявола, сумчатого, о котором ранее не было известно, что он содержит ген VTG).

Далее авторы искали гомологи рецептора VTG; в то время как у млекопитающих сохранилась одна копия этого рецептора, Кураку и его коллеги обнаружили две древние тандемные дупликации, которые привели к появлению трех копий рецептора у хрящевых рыб. Авторы отмечают, что это открытие было неожиданным.

"Мы предсказывали сохранение генов белков яичного желтка в геномах акул, поскольку живородящие акулы частично зависят от питания из яичного желтка", - говорит Кураку. "Больше всего нас удивило то, что хрящевые рыбы, включая акул, имеют больше копий генов рецепторов белка яичного желтка". Это позволило предположить, что эти белки могут выполнять новую функцию в этой живородящей линии.

Чтобы пролить свет на функции VTG и его рецептора у этих видов, авторы сравнили данные транскриптома ткани за тканью у одной акулы, откладывающей яйца (мутной катрановой акулы), и двух живородящих акул. Гребенчатая акула - живородящий вид, который не обеспечивает материнскими питательными веществами развивающийся эмбрион, в то время как у беспятнистой гладконосой акулы есть плацента. У откладывающей яйца мутной катрановой акулы VTG экспрессируется преимущественно в печени, а его рецепторы - в яичнике.

Напротив, у двух живородящих акул VTG экспрессируется не только в печени, но и в матке. Интересно, что рецептор VTG также экспрессировался в матке у этих видов. Это позволяет предположить, что белки VTG могут не только функционировать как питательные вещества желтка, но и транспортироваться в матку, где они могут играть роль в обеспечении материнского питания у некоторых хрящевых рыб.

Как отмечают авторы, эту интригующую возможность еще предстоит подтвердить с помощью функциональных исследований. Они также надеются расширить этот анализ до геномного исследования факторов, связанных с различными репродуктивными режимами хрящевых рыб. К сожалению, подобные эксперименты у этих видов затруднены из-за сложности получения биологических образцов. Однако Кураку и его соавторы надеются изменить ситуацию.

"Это исследование стало возможным благодаря сетевому взаимодействию между людьми с различными видами опыта, которые признают биологический потенциал хрящевых рыб", - говорит Кураку. "Это также привело к запуску и развитию консорциума Squalomix", инициативы, запущенной в 2020 году для продвижения геномных и молекулярных подходов, специально направленных на виды акул и скатов.

Консорциум стремится сделать свои ресурсы общедоступными, включая метод клеточной культуры, который может помочь в функциональном анализе молекул, облегчая будущие исследования репродуктивных способов этих неуловимых и увлекательных существ.