Раскрыты скрытые эволюционные «секреты» размера плавательных перепонок у квакш

Исследовательская группа Ли Цзятана из Чэндуского института биологии Китайской академии наук с помощью масштабного морфологического сравнения и анализа полногеномного ресеквенирования раскрыла эволюцию формы плавательных перепонок у квакш и лежащие в её основе механизмы геномной адаптации, предоставив новые доказательства того, как эти животные дифференцировались вдоль вертикальной экологической ниши. Результаты опубликованы в журнале «Innovation-Life».

Виды широкого рода квакш широко распространены в Восточной, Южной и Юго-Восточной Азии и обитают в разнообразных условиях — от небольших лужиц на лугах и кустарниковых зарослей до высоких крон деревьев. С повышением высоты обитания их плавательные перепонки («лапки-ласты») демонстрируют закономерные изменения: чем выше живёт вид, тем более развиты перепонки, помогающие лазать и планировать, тогда как у низкорослых видов площадь перепонок меньше. Чтобы ответить на вопрос, является ли это следствием естественного отбора или случайным эволюционным шумом, команда измерила перепонки 630 квакш из трёх ниш (луг, кустарник, крона) и построила полногеномный SNP-набор, охватывающий 29 видов и 161 особь, применив филогеномику, анализ потока генов и выявление сигналов отбора. Исследование показало чёткую корреляцию: «крона > кустарник > луг». Проследив предковые формы, учёные выяснили, что при расселении широкого рода квакш в Южный Китай площадь перепонок постепенно уменьшалась.

Поток генов между нишами оказался крайне ограниченным и происходил в основном между соседними нишами (кустарник—луг), тогда как между несоседними (крона—луг) общие гаплотипы почти не обнаруживались. Это указывает на мощные экологические барьеры, поддерживающие уникальный генетический состав групп. Анализ селективного отбора выявил 760 генов-кандидатов между кроновыми и луговыми группами, обогащённых в путях развития скелета и организации цитоскелета, что совпадает с усилением конечностей и мышц, необходимых для лазания и планирования. Долгосрочный балансирующий отбор сохранил древний полиморфизм генов, связанных с пластичностью развития эпителия и структурой мышц, а транспозоны, возможно, участвовали в регуляции их экспрессии. Таким образом, «толчок и удержание» положительного и балансирующего отбора в разных функциональных генах совместно управляют эволюцией формы перепонок, а ограниченный поток генов между соседними нишами ускоряет их гетерогенизацию, что в совокупности обеспечивает адаптивную дифференциацию квакш вдоль вертикального градиента экологических ниш.