電気魚がどのようにして電気器官を進化させることができたか

研究者らは、発見した遺伝子制御領域は、筋肉内のナトリウムチャネル遺伝子の発現のみを制御し、他の組織は制御しないことを確認しました。 この画像では、緑色蛍光タンパク質は、発生中のゼブラフィッシュ胚の体幹筋でのみ点灯します。 クレジット:Mary Swartz / Johann Eberhart / University of TexasatAustin。

電気器官は、デンキウナギなどの電気魚があらゆる種類の驚くべきことをするのを助けます。鳥のさえずりに似た信号を送受信し、種、性別、さらには個人によって他の電気魚を認識するのに役立ちます。 の新しい研究 サイエンスアドバンシス 小さな遺伝子の変化がどのように電気魚が電気器官を進化させることを可能にしたかを説明します。 この発見は、科学者がいくつかの人間の病気の背後にある遺伝子変異を特定するのにも役立つかもしれません。

進化論は、魚の遺伝学の癖を利用して電気器官を開発しました。 すべての魚は、ナトリウムチャネルと呼ばれる小さな筋肉モーターを生成する同じ遺伝子の複製バージョンを持っています。 電気器官を進化させるために、電気魚は筋肉のナトリウムチャネル遺伝子の1つの複製をオフにし、他の細胞でそれをオンにしました。 通常、筋肉を収縮させる小さなモーターは、電気信号を生成するために再利用されました。 驚くべき能力を備えた新しいオルガンが誕生しました。

テキサス大学オースティン校の神経科学および統合生物学の教授であり、この研究の対応する著者であるハロルド・ザコンは、次のように述べています。

新しい論文では、UTオースティンとミシガン州立大学の研究者が、このナトリウムチャネル遺伝子の短いセクション(約20文字の長さ)を発見し、遺伝子が特定の細胞で発現するかどうかを制御していると説明しています。 彼らは、電気魚では、この制御領域が変更されているか、完全に欠落していることを確認しました。 そしてそれが、電気魚の筋肉で2つのナトリウムチャネル遺伝子の1つがオフになっている理由です。 しかし、その影響は電気魚の進化をはるかに超えています。

「この制御領域は、人間を含むほとんどの脊椎動物に見られます」とZakon氏は述べています。 「したがって、人間の健康に関する次のステップは、人間の遺伝子のデータベースでこの領域を調べて、正常な人々にどれだけの変動があるか、そしてこの領域のいくつかの欠失または突然変異がナトリウムチャネルの発現低下につながる可能性があるかどうかを確認することです、病気につながる可能性があります。」

この研究の筆頭著者は、研究当時のZakonの研究室の研究技術者であり、現在はユタ大学の博士課程の候補者であるSarahLaPotinです。 Zakonに加えて、この研究の他の上級著者は、UTオースティンの分子生物科学の教授であるJohann Eberhartと、ミシガン州立大学の統合生物学の准教授であるJasonGallantです。

Zakonは、電気器官が進化する前に、ナトリウムチャネル遺伝子を筋肉でオフにする必要があると述べた。

「もし彼らが筋肉と電気オルガンの両方で遺伝子をオンにしたなら、電気オルガンのナトリウムチャネルに起こっていたすべての新しいものは筋肉でも起こっているだろう」とザコンは言った。 「したがって、遺伝子の発現を電気器官に分離することが重要でした。そこでは、筋肉に害を与えることなく遺伝子を進化させることができました。」

世界には2つのグループの電気魚があります。1つはアフリカに、もう1つは南アメリカにあります。 研究者たちは、アフリカの電気魚が対照地域に突然変異を持っていたのに対し、南アメリカの電気魚はそれを完全に失ったことを発見しました。 両方のグループは、2つの異なる経路からではありますが、電気器官を開発するための同じ解決策に到達しました。つまり、筋肉内のナトリウムチャネル遺伝子の発現を失います。

「人生のテープを巻き戻してプレイを打った場合、それは同じように再生されますか、それとも新しい方法を見つけますか?進化は何度も同じように機能しますか?」 研究の一部で使用された南アメリカからの電気魚を繁殖させるギャランは言った。 「電気魚は、これらの驚くべき特性を繰り返し進化させてきたので、その質問に答えることができます。この論文では、これらのナトリウムチャネル遺伝子が電気魚で繰り返し失われていることを理解するために、フェンスを振り回しました。これは本当に共同作業でした。 。」

研究者が答えることを望んでいる次の質問の1つは、制御領域がどのように進化して電気オルガンのナトリウムチャネルをオンにするかということです。


南アメリカのアプテロノートゥスで見つかった電気魚の「火花」の原因となる遺伝子


詳しくは:
Sarah LaPotin et al、発散性シス調節進化は、電気魚におけるナトリウムチャネル発現の収束的喪失の根底にあります。 サイエンスアドバンシス (2022)。 DOI:10.1126/sciadv.abm2970。 www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm2970

テキサス大学オースティン校提供

引用:電気魚がどのようにして電気器官を進化させることができたか(2022年6月1日)は、https://phys.org/news/2022-06-electric-fish-evolve.htmlから2022年6月2日に取得されました。

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