Найдены гены, позволяющие якутским коровам выживать в морозы
Ученые новосибирского Института цитологии и генетики (ИЦиГ) и лондонского Королевского ветеринарного колледжа выяснили, какие генетические особенности позволили адаптироваться к холоду самой северной популяции крупного рогатого скота. В кратком виде результаты исследования изложены на сайте ИЦиГ.
Якутские коровы, полная история происхождения которых до сих пор неизвестна, обитают в северных широтах, в том числе и за Полярным кругом. Они способны переносить температуры окружающей среды ниже −70 °C. Результаты исследования показывают, что коровы имеют уникальный генофонд и не скрещивались с другими популяциями крупного рогатого скота, яков, бизонов и других близких видов.
Исследование показало, что якутский скот отделился от общего предка европейских пород крупного рогатого скота примерно 5000 лет назад. На этом основании ученые пришли к выводу, что адаптация к условиям Крайнего Севера сформировалась за счет собственного генофонда якутского скота. При этом в геноме якутских коров нашли большое количество генетических вариантов, которые есть и в геномах пород из Африки и Азии, но отсутствуют у европейских пород крупного рогатого скота.
Исследование под руководством профессора Дениса Ларкина из Королевского Ветеринарного Колледжа также показало, что эти генетические варианты скорее всего представляют собой предковые варианты генов, которые были утеряны у европейских пород из-за селекции человеком, направленной на интенсивное производство молока и мяса.
Однако сохранение именно этих вариантов позволило якутскому скоту адаптироваться к изменяющимся условиям среды и экстремальному холоду. Это открытие также подразумевает, что эти же генетические варианты могли помочь породам в Азии и Африке адаптироваться и к экстремально жарким условиям обитания.
В дополнение к общей генетике с азиатскими и африканскими породами одно эволюционное событие оказалось уникальным только для якутского скота — присутствие у каждого животного кодирующей нуклеотидной замены, которая оказала большой эффект на свойства соответствующего белка.
Эта замена отсутствовала у других пород крупного рогатого скота. Зато точно такая же мутация, вероятно, позволила ряду других видов млекопитающих приобрести способность к гибернации, впадать в оцепенение на холоде, быть холодостойкими и/или глубоко-ныряющими.
Сама по себе конвергентная (независимая) эволюция в одной и той же нуклеотидной позиции гена — чрезвычайно редкое явление и до этого исследования была описана только для разных групп животных. Например, у летучих мышей и дельфинов сформировалась одинаковая замена в гене, связанном с со способностью к эхолокации.
«Прорывное значение этой работы в том, что теперь мы знаем — конвергентная эволюция на нуклеотидном уровне происходит и у пород животных, созданных человеком. Это означает, что индивидуальные породы могут приобретать новые свойства не характерные для их вида в целом», — Денис Ларкин. С учетом большого количества погодных аномалий в связи с изменением климата, это исследование является важным шагом на пути смягчения влияния экстремальных температур на сельское хозяйство.
«В России огромные территории имеют низкую среднегодовую температуру. Производство мяса и молока в таких условиях требует выведения местных холодоустойчивых пород. Открытая нами мутация в гене NRAP позволяет сделать первые практические шаги в этом направлении», — говорит Николай Юдин, ведущий научный сотрудник ИЦиГ СО РАН.
Ученые отмечают, что исследования на человеке и мышах показывают вовлеченность мутаций в гене NRAP в ряд кардиомиопатий, заболеваний при которых меняется способность сердца перекачивать кровь. Денис Ларкин и младший научный сотрудник ИЦиГ СО РАН Андрей Юрченко выдвинули гипотезу, что схожий механизм помогает сердцу холодостойких и глубоко-ныряющих видов животных, позволяя им продолжать эффективно перекачивать кровь и во время холода и на глубине.