Fremskridt i forståelsen af ​​udviklingen af ​​mavetab hos agastriske fisk

Levende væsener kan udvikle sig til at miste biologiske strukturer på grund af potentielle overlevelsesfordele ved sådanne tab. For eksempel viser visse grupper af strålefinnede fisk en sådan regressiv udvikling - medakaer, minnows, puffera og leppefisk har ikke en mave i mave-tarmkanalen, hvilket gør dem til agastriske eller maveløse fisk. De specifikke evolutionære mekanismer, der ligger til grund for udviklingen af ​​agastriske fisk, er dog stadig uklare.

Undersøgelser om Slc26a9 - en molekylær transportør, der er stærkt udtrykt i maven på mange arter - hos fisk gav den første ledetråd. Forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Mayo Clinic College of Medicine og Atmosphere and Ocean Research Institute, University of Tokyo fandt ud af, at slc26a9-genet var fraværende i mange agastriske strålefinnede fisk, men til stede i mange mavestrålefinnede fisk. fisk.

Disse resultater fik dem til at overveje, om flere gener, der kræves til mavefunktion, var fraværende hos agastriske fisk. Kan sådanne konvergerende gentab være årsag til mavetab hos agastriske fisk?

Et team af videnskabsmænd fra Japan og USA, ledet af lektor Akira Kato fra Tokyo Tech, forsøgte at besvare dette spørgsmål. Kato forklarer:"Vi sammenlignede gentab mellem agastriske og gastriske strålefinnede fisk og identificerede yderligere gener co-deleted i agastriske fisk."

I overensstemmelse hermed identificerede forskerne adskillige gener, der kræves til mavefunktioner, der er co-deleteret eller pseudogeniseret (geninaktivering gennem mutationer, der resulterer i pseudogener) hos agastriske fisk sammenlignet med mavefisk, nemlig slc26a9, kcne2, cldn18a og vsig1. Deres resultater er offentliggjort i Communications Biology .

Specifikt identificerede de fire gendeletioner - slc26a9, kcne2, cldn18a og vsig1 - hvilket resulterede i en reduktion eller tab af mavestruktur i strålefinnede fisk gennem komparative genomiske analyser (et sæt eksperimenter til sammenligning af ligheder og forskelle mellem forskellige genomer).

Ikke overraskende koder hver af disse fire gener for essentielle gastriske funktioner. slc26a9 koder for klorionkanaltransportøren. kcne2 koder for en regulatorisk underenhed af kaliumionkanalen. slc26a9 og kcne2 funktioner er derfor essentielle for sekretion af mavesyrer, såsom saltsyre. cldn18a koder på samme måde for en barriere, der beskytter mavecellerne mod syre-induceret skade fra hydrogenioner, mens vsig1 koder for at kontrollere maveudviklingen.

Derudover fandt forskerne ud af, at agastriske æglæggende pattedyr, såsom echidna og platypus, også har kcne2 og vsig1 enten slettet eller pseudogeniseret. Desuden opdagede forskerne, at cldn18, hvis det er til stede i mavebenfisk, er muteret sammenlignet med mavefisk. Alle disse fund indikerer, at gentabene korreleret med mavetab repræsenterer en genotypisk konvergens.

Desuden observerede de, at mavefisken, stickleback, udtrykte kcne2, pga, pgc, vsig1 og cldn18a i andre organer end maven, hvilket indikerer andre genfunktioner end gastriske funktioner. De udledte, at agastriske fisk kunne besidde andre gener for at kompensere for sådanne genfunktioner, hvilket letter de observerede gentab.

Kato konkluderer, "Vi identificerede nye gener fraværende i agastriske fisk blandt fire store benfisk-slægter, hvilket tyder på et konvergent udviklingsscenarie i forbindelse med mavetab. Vores resultater antyder således, at en lignende kassette af gentab opstod uafhængigt under eller efter mavetab i de adskillige agastriske fiskegrupper."

Flere oplysninger: Akira Kato et al., Konvergent gentab og pseudogeniseringer i flere slægter af maveløse fisk, Communications Biology (2024). DOI:10.1038/s42003-024-06103-x

Journaloplysninger: Kommunikationsbiologi

Leveret af Tokyo Institute of Technology