​​Сотрудники НИИ биологии Иркутского государственного университета​, изучая разнообразие расцветок байкальских рачков, задались вопросом о механизмах, лежащих в их основе. Почему и как формируется окрас байкальских рачков, какую функцию он несет? Результаты выполненного исследования выявили уникальную специфику эндемиков. Оказалось, что у байкальских амфипод за окраску отвечают ранее неизученные белки, которые у других (не байкальских) ракообразных заняты совсем иными функциями – участвуют в распознавании запахов. Результаты исследования опубликованы в журнале PeerJ. Исследование поддержано​ грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ)

рачки.png 

Хорошо известно, что цвет ракообразных при тепловой обработке сменяется на ярко-красный. Например, темно-зеленый речной рак после варки становится «вареным» красным. Такое же яркое превращение происходит и с другими его родственниками: омарами, лангустами, креветками и другими широко известными представителями ракообразных. Механизмы, лежащие в основе этого явления, известны уже с середины прошлого века: ярко-красный каротиноид образует голубые или зеленые комплексы с белками, а при разрушении белков высвобождается, придавая ярко-красную окраску тканям рака. 

рачки1.jpg 

Иркутские ученые, изучая разнообразие расцветок байкальских рачков, задались вопросом о механизмах, лежащих в их основе. По словам Максима Тимофеева, доктора биологических наук, директора НИИ биологии Иркутского государственного университета (ИГУ) и соавтора исследования, в Байкале обитает более 350 видов и подвидов рачков амфипод – разноногих раков (отряд Amphipoda). 

«Для специалистов-биологов байкальские амфиподы — это уникальная модельная система для изучения механизмов эволюции и адаптации, дающая неисчерпаемые возможности для проведения самых захватывающих исследований. Богатство расцветок байкальских рачков поражает: от практически прозрачных, темно-фиолетовых, красных и ярко-голубых. Разнообразие форм, размеров и раскраски этих удивительных организмов впечатлит любого, кто решит познакомиться с фауной древнего озера», – отмечает Тимофеев. 

Биологи решили разобраться с причинами, определяющими такое разнообразие. Специалистам было известно, что при разрушении белков происходит изменение цвета байкальских рачков на оранжевый, что позволило предположить работу механизма, схожего с тем, что работает у речных раков и омаров. 

рачки2.jpg 

Чтобы найти белки, которые образуют комплексы с каротиноидами у байкальских бокоплавов и меняют их цвет, ученые сравнили белковый состав разных представителей вида Eulimnogammarus cyaneus. Этот массовый вид интересен тем, что несмотря на то, что для него характерна голубая окраска тела с ярко-оранжевыми антеннами, в популяциях встречаются и полностью оранжевые особи. Оказалось, что у оранжевых рачков по сравнению с голубыми резко снижено содержание двух белков. Чтобы изучить белки, ученые определили последовательность их составляющих (аминокислотную последовательность) на секвенаторе, а потом ионизировали их и измерили отношение массы к заряду на масс-спектрометре. Анализ дал необычный результат: белки были иными, ранее не известными для десятиногих раков. 

Дополнительные эксперименты подтвердили, что именно эти белки связывают каротиноиды. 

«Мы ожидали, что обнаружим белки, похожие на те, что определяют цвет десятиногих раков, а найденные белки вовсе не проявляли существенного сходства ни с какими известными белками из открытой базы данных последовательностей белков Uniprot. Наконец похожие последовательности удалось найти в данных секвенирования других видов бокоплавов и таким образом предположить их происхождение», — рассказывает Полина Дроздова, первый автор статьи, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ биологии ИГУ​

Отличительная особенностью всех этих последовательностей – наличие домена, характерного для семейства феромон/одорант-связывающих белков. Белки этого семейства связываются с феромонами и летучими веществами, участвуя в распознавании запахов. Кроме того, для них характерен небольшой размер и большая стабильность, что в совокупности делает перспективным создание сенсоров на летучие вещества на их основе. В последние годы появляется все больше свидетельств того, что эти белки могут связываться с самыми разными гидрофобными («боящимися» воды) молекулами, но каротиноидов в этом списке еще не было. 

«С фундаментальной точки зрения новый подкласс белков является крайне интересным примером независимого развития сходных механизмов окраски на основании разных молекул у разных групп ракообразных. С прикладной точки зрения обнаруженные белки интересны как потенциальный материал для систем разделения сложных смесей органических веществ», — уточняет Полина Дроздова.​ 

Для исследования этой возможности нужно подробнее изучить механизм связывания найденных белков с каротиноидами, чему и посвящены текущие работы по проекту. 

Пресс-служба РНФ ​

Фото: Разнообразие окрасок байкальских эндемичных амфипод​. Источник: Polina Drozdova et. al. // PeerJ, 2020 ​

Источники

Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Российский научный фонд (rscf.ru), 25/06/2020
Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Иркутский государственный университет (isu.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Полит.ру, 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Newstes.ru, 26/06/2020
Ученые НИИ биологии ИГУ выяснили причины пестрой окраски байкальских рачков
ИА Телеинформ (i38.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Российский научный фонд (rscf.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Российский научный фонд (рнф.рф), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
SVcomercio.info, 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Perm Daily (permdaily.ru), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Newspotok.ru, 26/06/2020
"Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов"
Ivest.kz, 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
News-Life (news-life.pro), 26/06/2020
Установлены белки, определяющие окраску байкальских бокоплавов
Russia24.pro, 26/06/2020
Биологи: окрас байкальских рачков оказался связан с обонянием
Иркутская торговая газета (irktorgnews.ru), 26/06/2020
Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Индикатор (indicator.ru), 27/06/2020
Пеструю окраску байкальским рачкам придают белки, которые у других отвечают за распознавание запахов
Рамблер/новости (news.rambler.ru), 27/06/2020
Почему байкальские рачки разного цвета? Иркутские ученые нашли ответ
Irkutsk.News, 08/07/2020
Почему байкальские рачки разного цвета? Иркутские ученые нашли ответ
Вести-Иркутск (vestiirk.ru), 08/07/2020

Похожие новости

  • 15/11/2017

    Опубликованы итоги региональных конкурсов РФФИ 2017 года

    Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), на основании решения бюро совета Фонда от 31.10.2017 г. объявляет об итогах конкурсов проектов фундаментальных научных исследований, проводимых РФФИ и Правительством Иркутской области, РФФИ и Советом министров Республики Крым в 2017 г.
    1800
  • 07/04/2017

    Три иркутских проекта о Байкале принимают участие в премии «Хрустальный компас»

    ​Три проекта из Иркутской области, связанных с тематикой озера Байкал, участвуют в голосовании национальной премии «Хрустальный компас». Об этом сообщается на сайте премии. Проект «Посади дерево – подари планете жизнь», под эгидой которого на протяжении уже нескольких лет в иркутской реликтовой Кайской роще, а также на острове Ольхон высаживают сосны, представлен в номинации «Лучший социально-информационный проект по сохранению природного и историко-культурного наследия».
    2421
  • 04/05/2017

    Спецвыпуск журнала «Вестник РФФИ» посвящен озеру Байкал

    ​Очередной темой спецвыпуска журнала «Вестник Российского фонда фундаментальных исследований» стало озеро Байкал. Предыдущие два выпуска издания были посвящены вулканам Камчатки и Долине гейзеров в Кроноцком заповеднике.
    3547
  • 05/08/2016

    Бурятия примет участие в конкурсе исследовательских проектов о Байкале

    ​Конкурс проектов фундаментальных научных исследований по теме "Приоритетные научные исследования по проблемам озера Байкал и Байкальского региона" проводит Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ).
    1067
  • 05/04/2017

    Байкальские водоросли вошли в крупнейшую коллекцию живых водорослей и в банк геномной ДНК

    ​Ученые из Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН совместно с коллегами из США создали одну из крупнейших коллекций разнообразных культур живых водорослей и банк геномной ДНК, содержащий более двух тысяч образцов, которые могут использоваться для поиска организмов, необходимых в биотехнологии и создании биотоплива.
    3394
  • 15/05/2020

    Минобрнауки РФ: поддержаны более 200 проектов молодых ученых в области генетики

    Более 200 проектов молодых ученых в области генетики получили поддержку на сумму в 1,7 млрд руб. в рамках реализуемой программы исследовательских проектов Российского научного фонда. Об этом сообщил министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков в ходе онлайн-совещания по вопросам развития генетических технологий в РФ.
    453
  • 17/05/2018

    Ученые ТГУ отправятся на поиски новых бактерий

    ​Ученые кафедры физиологии растений и биотехнологии БИ ТГУ в рамках проекта, поддержанного РНФ, займутся поиском новых микроорганизмов в удаленных труднодоступных экосистемах в Сибири. Наряду с этим микробиологи изучат характеристики двух бактерий, обнаруженных в 2017 году глубоко под землей.
    1512
  • 04/12/2017

    Алтайские ученые завершают первый год исследований в области биотехнологии по гранту РНФ

    ​По итогам конкурса 2017 года "Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами" лаборатория биоконверсии Института проблем химико-энергетических технологий СО РАН стала обладателем гранта Российского научного фонда на 2017-2019 гг.
    1661
  • 19/04/2017

    Гранты для Приангарья: от Байкала до Аляски

    Гранты Иркутского областного отделения Российского географического общества в 2017 году получат 15 проектов. Общая сумма финансирования составит почти 1,8 млн рублей. Об этом стало известно на заседании попечительского совета, которое провел губернатор Сергей Левченко.
    1512
  • 17/08/2017

    ИГУ выделено 170 млн рублей на строительство гамма-обсерватории в Тункинской долине

    Министерство образования и науки Российской Федерации поддержало проект по строительству крупнейшей в мире гамма-обсерватории TAIGA на территории Тункинского астрофизического центра коллективного пользования ИГУ.
    2085