Ученые впервые отсеквенировали полный геном коалы и проанализировали более 26 тысяч активных генов, сообщается в Nature Genetics.
Это позволило ученым понять, почему сумчатые медведи могут питаться ядовитыми листьями эвкалипта без вреда для себя, как они выбирали подходящую для себя диету и как научились предохранять от инфекций детенышей и взрослых особей.
Коала (Phascolarctos cinereus) на сегодняшний день единственный представитель семейства коаловых, который обитает в Австралии. Коалы — ближайшие родственники вомбатов, их общий предок жил около 30–40 миллионов лет назад. В древности на континенте существовало 15-20 видов этих животных, а существующий ныне вид появился около 350 тысяч лет назад. На сегодняшний день известно три подвида. Один из них обитает в Квинсленде, на северо-востоке континента, два других — на юге и юго-востоке страны. Предыдущие исследования (правда, проведенные больше 20 лет назад) показали, что у двух из трех подвидов низкое генетическое разнообразие и высок процент близкородственного скрещивания.
Самка коалы рожает недоразвитого детеныша после 35-дневной беременности, и следующие полгода малыш проводит в материнской выводковой сумке. Коалы очень избирательны в еде: они питаются почти исключительно эвкалиптовыми листьями, и из 600 видов эвкалиптов предпочитают около 30. Почти всю воду животные получают из листьев, поэтому включают в рацион те виды эвкалиптов, в листьях которых содержится не меньше 55 процентов воды. Так как листья низкокалорийны, животным нужно съедать до 400 граммов листьев в день и экономить энергию. Они спят около 20 часов в день, а большую часть оставшихся четырех часов едят. Эвкалиптовые листья не слишком привлекательная еда не только из-за своей низкой калорийности. Они содержат чрезвычайно ядовитые для большинства других животных соединения. Коалы же приспособились к ним, и тем самым практически избежали пищевой конкуренции. Однако каким образом они адаптировались к ядовитой пище, и как они различаются подходящие деревья среди огромного разнообразия видов эвкалиптов, до сих пор было неясно.
Чтобы ответить на эти и другие вопросы (например, как коалы защищаются от инфекций и как в будущем можно сохранить вид), ученые из консорциума «Геном коалы» отсеквенировали полный геном сумчатого медведя. Коллектив исследователей, на сегодняшний состоящий из 54 ученых из семи стран под руководством доктора Ребекки Джонсон (Rebecca Johnson), начал работу в 2013 году и уже опубликовал часть результатов.
В новой работе ученые представляют непосредственно результаты секвенирования генома и анализа 26 558 активных генов, из которых он состоит. Геном коал оказался больше человеческого (3,42 против 3,2 миллиардов пар нуклеотидов), но состоит из меньшего числа хромосом (16 против 23 пар).
Ученые обнаружили, как сумчатые медведи приспособились к своей ядовитой диете. У них оказалось гораздо больше, чем у других животных, генов, кодирующих белки из семейства цитохромов Р450. Эти ферменты окисляют разные вещества, превращая их в растворимые в воде метаболиты, которые быстро выводятся с мочой. Оказалось, что у коал цитохромы вырабатываются во многих тканях, в том числе, в печени. Однако у защиты оказалась и обратная сторона — цитохромы быстро расщепляют антибиотики, которые дают больным коалам.
Также гены позволили объяснить способность животных распознавать нужные виды эвкалиптов. У коал оказалось 24 гена, ответственных за распознавание горького вкуса — самое большое количество среди австралийских сумчатых. Кроме того, у них оказалось шесть генов, кодирующих вомероназальные рецепторы, способные улавливать запах не слишком летучих веществ. Для сравнения, у сумчатого дьявола и серого короткохвостого опоссума по одному такому гену, а у утконоса и валлаби их нет вообще. Коалы способны чувствовать и «вкус воды» — распознавать содержание воды в эвкалиптовых листьях. Они научились этому, увеличив количество генов белка аквапорина 5, который образует поры в клеточной мембране, через которую вода проникает в клетки.
Исследователи выяснили, что коалы защищают детенышей от инфекций, пока те сидят в сумке, с помощью грудного молока. В его состав входят специфичные только для коал ферменты, обладающие антимикробным действием. Они защищают молодых животных от ряда бактериальных и грибковых инфекций, в том числе от хламидий Chlamydia pecorum, которые вызывают заболевания глаз и мочеполовой системы. Взрослые коалы спасаются от инфекций с помощью многочисленных белков иммунной системы — иммуноглобулинов, белков главного комплекса гистосовместимости, Т-лимфоцитов.
Кроме того, ученые нашли новые генетические маркеры и с их помощью убедились, что подвиды, у которых согласно старым исследованиям, было низкое генетическое разнообразие и большой процент близкородственного скрещивания из-за изолированности популяций, на самом деле смешиваются между собой и генетическое разнообразие у них довольно высокое.
Автор: Екатерина Русакова