Storspiggens gener visar anpassningen till sötvatten

Sedan den senaste istiden har storspiggen, en mycket vanlig liten fisk, anpassat sig de till otaliga bäckar och sjöar som den fastnade i då havsnivån sjönk efter att isen dragit sig tillbaka. Den upprepade ekologiska anpassningen på många platser på norra halvklotet har gjort fisken intressant att studera ur ett evolutionärt perspektiv.

I den nuvarande studien har storspiggens arvsmassa kartlagts och arvsmassan från ytterligare 20 olika marina- och sötvattenfiskar har jämförts med denna. Forskarna har då lyckats identifiera flera hundra regioner i arvsmassan som skiljer sig mellan de fiskar som lever i havsvatten och de som lever i sötvatten.

– Våra resultat visar att flera hundra gener eller deras reglersignaler har förändrats då storspiggen anpassat sig till sötvatten, säger Manfred Grabherr, ny gruppledare vid SciLifeLab Uppsala och delad försteförfattare till artikeln. Det är intressant att samma mutationer har selekterats fram i alla delar av världen, så att dessa fiskar har kunnat anpassa sig till liknande nya ekologiska miljöer.

I de regioner i arvsmassan som har med anpassningen till sötvatten att göra finns både tidigare kända gener och nya gener. Till exempel har man länge känt till att genen EDA leder till minskad bepansring hos sötvattensfiskar. Bland de nya generna finns t ex WNT7B, som med stor sannolikhet kan leda till en förändrad njurfunktion hos sötvattensfiskar, eftersom saltbalansen mellan fisken och vattnet runt omkring måste fungera.

Inom utvecklingsbiologin har man länge ifrågasatt om de förändringar som sker i arvsmassan när olika arter anpassar sig till nya miljöer beror mest på mutationer inom proteinbildande sekvenser eller om så kallade reglerande mutationer har större betydelse. Reglerande mutationer avgör hur mycket eller lite av ett protein som bildas i specifika vävnader. Eftersom denna studie tittade på hela arvsmassan samtidigt kunde man svara på denna fråga med större säkerhet. Resultaten visar att mutationer som förändrar själv proteinet är ovanliga, medan mutationer som påverkar var, när och hur mycket av proteinet som bildas är betydligt vanligare.

– Om själva proteinet förändrades skulle dess funktion i många vävnader förändras. Istället kan en specifik reglerande förändring ske som tillåter exempelvis njurarna att anpassa sig till en annan salthalt, säger Kerstin Lindblad-Toh, professor och director för SciLifeLab Uppsala och forskare vid Broad Institute, som lett studien tillsammans med professor David Kingsley vid Stanford University.

Studien lägger nu grunden för att evolutionsbiologer som studerar storspigg skall kunna förstå de biologiska processerna bättre. Forskarna går nu vidare med att leta efter ytterligare selekterade regioner i arvsmassan baserat på anpassningen till bland annat stora och små vattendrag.

KONTAKTUPPGIFTER
Manfred Grabherr, forskare vid Institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, SciLifeLab Uppsala
Email: manfred.grabherr@imbim.uu.se
Telefon: 072-239 37 76

Kerstin Lindblad-Toh, professor i komparativ genomik vid Institutionen för medicinsk biokemi och mikrobiologi, director SciLifeLab Uppsala
E-mail: kersli@broadinstitute.org
Telefon: 070-324 23 36