עוברי דג טורקיז אפריקאי שורדים עונות יבשות על ידי כניסה להפסקה, תוך שימוש בגנים עתיקים כדי לעצור ולחדש את ההתפתחות העוברית. ביטויים גנטיים דומים נמצאים במינים אחרים, כולל עכברים. (המושג של האמן של דג, ולא עובר, באנימציה מושעה.) קרדיט: twoday.co.il.com
כיצד עוברי Killifish משתמשים באנימציה מושעית כדי לשרוד מעל 8 חודשים של בצורת
דג הטורקיז האפריקאי משתמש באסטרטגיית הישרדות ייחודית באמצעות דיפאוזה, וממנף גנים עתיקים כדי לסבול עונות יבשות. מנגנון זה כרוך בהשהיית התפתחות עוברית, המתחדשת מאוחר יותר. מחקרים מצביעים גם על דפוסים גנטיים דומים אצל אחרים מִיןהמציע תכונה אבולוציונית משותפת לאנימציה מושעית.
אנימציה מושעה ב-African Turquoise Killifish
בריכות חולפות בזימבבואה ובמוזמביק הן ביתם של דג טורקיז אפריקאי. כדי לשרוד את העונה היבשה השנתית, עוברי הדגים נכנסים למצב של הנפשה מושעה או "דיפאוזה" קיצונית למשך כ-8 חודשים.
מחקר חדש חשף את ההתאמות האבולוציוניות המאפשרות לדג הקטליז לקיים את טכניקת ההישרדות המדהימה הזו. פורסם ב-30 במאי בכתב העת תָא, הממצאים מצביעים על כך ש-killifish פיתח את היכולת להפסיק לפני פחות מ-18 מיליון שנים על ידי שיתוף בגנים עתיקים שמקורם לפני יותר מ-473 מיליון שנים. ניתוחים השוואתיים מוכיחים עוד כי דפוסי ביטוי גנים דומים במהלך דיפאוזה נמצאים בבעלי חיים אחרים, כולל עכבר הבית.
"התוכנית כולה היא כמו יום ולילה – יש חיים במצב רגיל וחיים במצב דיפאוזה, והדרך שבה זה קרה הייתה על ידי ערבוב מחדש או חיווט מחדש של האזור הרגולטורי של קבוצה שלמה של גנים", אומר מחבר בכיר והביולוגית המולקולרית אן ברונט מאוניברסיטת סטנפורד.
זוג קילפיש. קרדיט: Rogelio Barajas ו- Xiaoai Zhao
התבגרות ורבייה מהירה של קילפיש
דג טורקיז אפריקאי מתבגר מהר יותר מכל סוג אחר של בעלי חוליות, ומבוגרים חיים רק כ-6 חודשים, אפילו בשבי. הדגים מתרבים במהירות לפני שהבתים המימיים שלהם נעלמים, אבל העוברים שלהם נשארים מאחור בבוץ היבש, מוכנים לבקוע כשיבואו הגשמים של השנה הבאה. דיפאוזה עוברית מתרחשת גם במינים אחרים של בעלי חוליות, כולל דגים, זוחלים וחלק מהיונקים, אך דיפאוזה קטלנית היא קיצונית להפליא מכיוון שהיא נמשכת תקופה כה ממושכת (8 חודשים בממוצע ועד שנתיים במעבדה) ומכיוון שעוברי קטליז. להיכנס לאנימציה מושעית הרבה יותר מאוחר בפיתוח מאשר חיות אחרות.
"זה בערך באמצע ההתפתחות, ואיברים רבים כבר נוצרו בשלב הזה – יש להם מוח מתפתח ולב שמפסיק לפעום בהפסקה ואז מתחיל שוב", אומרת הסופרת הראשונה פארם פריה סינג מאוניברסיטת קליפורניה. סן פרנסיסקו. "הקיליפיש הם המין היחידי של בעלי החוליות שאנו מכירים שיכולים לעבור דיפאוזה בשלב מאוחר כל כך בהתפתחות."
קטליף זכר. קרדיט: Rogelio Barajas ו- Xiaoai Zhao
ניתוח גנים מפורט במהלך דיפאוזה
כדי להבין את התפתחות ההפסקה, צוות המחקר אפיין לראשונה את ביטוי הגנים של דג הטורקיז האפריקאי (Nothobranchius furzeri) בשלבי התפתחות שונים. הם התמקדו בעותקים משוכפלים של גנים המכונים "פרלוגים", מכיוון שכפול גנים הוא אחד המנגנונים העיקריים שבאמצעותם גנים חדשים נוצרים ומתמחים. בסך הכל, החוקרים זיהו 6,247 זוגות פרלוגים שהציגו דפוסי ביטוי גנים מיוחדים במהלך דיפאוזה. באופן מפתיע, הם העריכו שרוב הגנים המתמחים בדיאפוזה היו פרלוגים "עתיקים מאוד", שמקורם לפני יותר מ-473 מיליון שנים.
"למרות שהדיאפוזה התפתחה יחסית לאחרונה, הגנים המתמחים בדיאפוזה הם באמת עתיקים", אמר ברונט. "מצאנו שרוב הגנים שמתמחים לדיאפוזה בקיליפיש הם פרלוגים עתיקים מאוד, מה שאומר שהם שוכפלו באב הקדמון המשותף לכולם בעלי חוליות."
ניתוח השוואתי בין מינים
מאחר שהדיפאוזה מתרחשת גם בכמה מינים אחרים של קטליף, החוקרים השוו ביטוי גנים בין עוברים של דג הטורקיז האפריקאי, הקיליפיש הדרום אמריקאי (Austrofundulus limnaeus), שעוברת גם היא דיאפוזה, ושני מיני קיליפיש שאינם עוברים דיפאוזה, הקילפיש האדום-פסים (Aphyosemion striatum) ו-lyretail killifish (אפיוסמיון אוסטרלי).
הם מצאו חפיפה משמעותית בדפוסי ביטוי הגנים בין הטורקיז האפריקאי והקיליפיש הדרום אמריקאי, אשר התפתחו דיאפוזה ללא תלות זה בזה, אך לא בשני המינים שאינם חולים. כמו כן, החוקרים מצאו מתאם משמעותי בדפוסי ביטוי הגנים של עכבר הבית (שריר מוס) עוברים במהלך דיפאוזה והראו שגם לגנים המתמחים בדיאפאוז בעכברים יש מקורות עתיקים מאוד.
"זה מצביע על כך שאותם מנגנונים המאפשרים דיאפוזה אושרו שוב ושוב לאבולוציה של דיאפוזה על פני מינים קרובים רחוקים", אומר סינג.
לאחר מכן, החוקרים בחנו כיצד הגנים המתמחים בדיאפוזה מווסתים ב-killifish. הם זיהו מספר גורמי שעתוק מרכזיים השולטים בדפוסי ביטוי הגנים המשתנים הנראים במהלך דיפאוזה, כולל REST ו-FOXO3, אשר ידועים כמתבטאים במהלך תרדמה (צורה שונה של הנפשה מושעית) ביונקים. יש לציין, כמה מהגנים הרגולטוריים הללו מעורבים בחילוף החומרים של שומנים, שיש לו פרופיל ייחודי במהלך דיפאוזה.
"אחד המרכיבים המרכזיים של דיפאוזה הוא חילוף החומרים השומנים המיוחד הזה", אמר ברונט. "בתקופת דיפאוזה, נראה שיש להם רמות גבוהות בהרבה של טריגליצרידים וחומצות שומן ארוכות מאוד, שהן צורות אחסון ואולי גם מסייעות בהגנה ארוכת טווח על קרומי האורגניזם."
כיוונים עתידיים בחקר דיפאוזה
הצוות מתכנן להמשיך ולחקור כיצד מינים שונים מווסתים דיאפוזה ולחפור עמוק יותר בתפקיד חילוף החומרים של שומנים במהלך הפסקה וסוגים אחרים של אנימציה מושעית.
"זו מדינה כל כך מורכבת שאני חושב שאנחנו רק מגרדים את פני השטח", אמר סינג. "אנחנו רוצים להעמיק בהיבטים ספציפיים של האופן שבו מטבוליזם שומנים מווסת בזמן דיפאוזה, ואנחנו מעוניינים גם לבחון את התפקיד של סוגי תאים ספציפיים בזמן דיפאוזה."
מחקר זה נתמך על ידי קרן גלן למחקר רפואי, פרס המדען והמלומד הנכבד של NOMIS, מרכז סטנפורד לגנומיקה חישובית, אבולוציונית ואדם, המכונים הלאומיים לבריאותוהקרן הלאומית למדע
