Самый короткий геном насекомого — ответ экстремальным холодам и засухе

В Антарктике обитает особый вид комаров-звонцов (Belgica antarctica), который является эндемиком этой непростой местности и является крупнейшим истинно сухопутным (никогда не покидающим поверхность земли) животным этого белого континента.

Это маленькое насекомое (в длину менее 5 миллиметров), не имеет крыльев и почти все два года своего периода окукливания проводит во льдах Антарктиды. Становясь взрослой особью, оно от 7 до 10 дней спаривается, откладывает яйца и умирает.

Учёные из США секвенировали геном необычного существа и выяснили, что у него самый короткий генетический код из всех насекомых мира — порядка 99 миллионов пар оснований. Предыдущие "рекордсмены" — платяная вошь и паразит из отряда веерокрылых — обходятся 105 и 108 миллионами пар нуклеотидов, соответственно.

Как выяснили учёные, в геноме комара-звонца отсутствуют многие сегменты и повторяющиеся элементы ДНК, которые не отвечают за производство белков, но встречаются в генетическом коде большинства других животных.

Два представители вида Belgica antarctica (фото Richard E. Lee).

Вероятно, дело в суровой среде обитания, предполагает Дэвид Денлингер (David Denlinger), профессор энтомологии, эволюции, экологии и биологии организмов университета Огайо. Отсутствие такого "багажа" может быть ответом на холодные и сухие условия жизни насекомого.

"Они "обглодали" геном до самых костей и уменьшили до того минимума, который ранее считался невозможным. Будет интересно узнать, обладают ли столь маленькими геномами другие экстремофилы Антарктики или же это уникальная черта комаров-звонцов. Пока мы этого не знаем", — говорит профессор.

Всё те части ДНК, что отсутствуют у этих насекомых-рекордсменов, генетики часто называют "мусорной ДНК". Поначалу учёным было не ясно, какие функции она выполняет, но сейчас исследователи уже разобрались в этом вопросе. В частности, "мусорная ДНК" отвечает за регуляцию работы генов и участвует во многих процессах, связанных с болезнями.

Возможно, отсутствие всего этого "дополнения", столь важного для жизни организмов, всё же имеет какие-то свои преимущества? Помогает представителям вида B. antarctica выжить?

Особой выносливостью комары-звонцы обладают на стадии личинки (фото Richard E. Lee).

"Пока мы не понимаем, какова цена избавления от этого багажа. Но выглядит так, будто преимуществ масса", — сообщает Денлингер.

Любопытно, что геном комаров-звонцов при всей своей малости содержит массу функциональных генов — порядка 13500 (как и у многих других насекомых).

Отметим, что профессор и его команда заинтересовались представителями вида B. antarctica не случайно. Их интересовала работа белков теплового шока. Эти соединения помогают живущим на территории холодных районов Земли существам противостоять низким температурам. Однако у большинства организмов они появляются лишь в условиях стресса, а после потепления довольно быстро перестают вырабатываться. Тела комаров-звонцов производят их постоянно, пока те находятся на стадии личинки.

Так учёные разыскивают личинки B. antarctica (фото Peter Rejcek).

Кроме того, существа с рекордно коротким геномом могут спокойно переживать потерю 70% влаги своего тела. Остальные насекомые обычно не преодолевают барьер в 20%.
"Они выглядят как маленькие высушенные изюминки, потом мы льём на них воду, они раздуваются и продолжают себе жить как ни в чём не бывало, — рассказывает Денлингер – Способность перенести столь высокую степень дегидратации — одно из ключевых условий выживания при низких температурах. Каким-то образом клетки этих насекомых продолжают функционировать в нормальном режиме".

В статье, вышедшей в журнале Nature Communications, энтомологи пишут, что патогенов или хищников, которые угрожают жизни комаров-звонцов в их естественной среде обитания, выявлено не было. Сами они питаются богатыми азотом экскрементами пингвинов, водорослями и бактериями. Но врагами остаются сильный мороз, сухость воздуха и высокий уровень ультрафиолетового излучения.

Секреты выживания насекомых пригодятся людям, уверена группа Делингера. Например, для разработки методов сохранения органов при трансплантации. Может быть, учёным впоследствии удастся создать технологии, которые помогут защитить ткани от губительного воздействия низких температур.