Расшифровка геномов раскрывает тайну инвазивных улиток ампуллярий

Биологи из Гонконгского баптистского университета (HKBU) провели исследование по секвенированию и анализу геномов четырёх видов яблочных улиток из семейства Ampullariidae. Учёные обнаружили, что эти улитки эволюционировали, чтобы стать высокочувствительными к стимулам окружающей среды, переваривать целлюлозу, формировать твёрдые известковые яичные оболочки и упаковывать нейротоксины в яйца. Результаты могут способствовать разработке эффективных генетических мер контроля для этих уничтожающих урожай улиток.

Исследованные виды: африканский Lanistes nyassanus и южноамериканские Pomacea canaliculata, Pomacea maculata и Marisa cornuarietis. Два вида Pomacea являются наиболее инвазивными. Эти пресноводные улитки, родом из Южной Америки, распространились по всему миру. В Китае, Японии, Таиланде и на Филиппинах они считаются главным вредителем риса.

В Гонконге Pomacea появились в начале 1980-х и теперь широко распространены в различных пресноводных местообитаниях. Они повреждают полуводные культуры (например, водный шпинат и кресс-салат) и снижают биоразнообразие водно-болотных угодий.

Команда под руководством профессора Цю Цзяньвэня из HKBU секвенировала и собрала геномы четырёх видов. Анализ показал, что яблочные улитки имеют долгую эволюционную историю, восходящую более чем к 150 миллионам лет назад к древнему континенту Гондвана. После её распада (~100 млн лет назад) они эволюционировали отдельно в Африке и Южной Америке. Сравнение видов позволило выявить геномные инновации, сделавшие Pomacea столь инвазивными.

Восприятие среды и переваривание растений

Обнаружено значительное расширение 28 семейств генов, включая гены, функционально связанные с хеморецепцией и высоко экспрессируемые в сенсорных щупальцах. Это указывает на повышенную способность к восприятию окружающей среды.

В отличие от большинства животных, полагающихся на кишечные бактерии для расщепления целлюлозы, эти улитки кодируют множественные копии генов целлюлаз. Это позволяет им самим секретировать целлюлазы для активного разложения целлюлозы, что объясняет их способность питаться широким спектром растительного материала.

Формирование твёрдой яичной скорлупы

Сравнение геномов видов, откладывающих яйца под водой (Marisa, Lanistes), и видов, откладывающих яйца на суше (Pomacea), выявило ключевую адаптацию. У Pomacea появился белок, связывающий кальций (CaBP), который позволяет формировать твёрдую яичную скорлупу. Она защищает яйца от физических повреждений и высыхания на суше, что позволяет избежать хищничества и паразитизма в воде.

Новый защитный белок

Помимо твёрдой скорлупы, Pomacea приобрели новый нейротоксический перивителлин PV2 в яйцах для защиты от наземных хищников. PV2 представляет собой комплекс из двух белков: мембраноатакующего комплекса/перфорина (MACPF) и тактилектина. Сравнительный геномный анализ показал, что после множественных дупликаций ген приобрёл новую функцию — секрецию PV2 через белковую железу. Таким образом, дупликация генов может быть ответственна за происхождение PV2 — ещё одной ключевой инновации, позволившей предкам Pomacea перейти к откладке яиц на суше.

Значение исследования

Поскольку Ampullariidae — это рано дивергировавшее семейство в рамках Caenogastropoda (самой разнообразной группы брюхоногих моллюсков), геномы яблочных улиток идеальны для сравнительных исследований с другими моллюсками.

Профессор Цю отметил: «Геномные данные, обнаруженные командой, являются ценным ресурсом для понимания предковых геномных особенностей... Учитывая, что несколько инвазивных видов яблочных улиток — печально известные сельскохозяйственные вредители, геномные ресурсы этого исследования могут быть использованы для разработки эффективных стратегий контроля, включая синтез химических моллюскоцидов и создание генетических мер контроля с использованием интерференции рибонуклеиновой кислоты (RNA)».