Genom jaka, czyli jak jak radzi sobie z wysokością

Po krowie, koniu, psie i kocie przyszła kolej na zsekwencjonowanie – opisanie litera po literze – genomu kolejnego zwierzaka domowego. Tym razem padło na zwierzę o niebywałym znaczeniu ekonomicznym w nieco bardziej ekstremalnych ziemskich ostępach, a mianowicie na jaka.

Tybetański, urodziwy jak. /źródło: flickr; Dennis Jarvis (CC BY-SA 2.0)

Jak jaki jest każdy widzi. Przerośnięta nieco krowa, mocno ofutrzona, z potężnymi rogami przypominającymi nieco bawole. To jednak niewystarczająca charakterystyka, bowiem jak, w odróżnieniu od krów i bawołów, ma jeszcze jedną cechę, którą te zwierzaki pochwalić się nie mogą: kilka tysięcy lat ewolucji przystosowało jaka do życia na wysokości powyżej 3500 m n.p.m., czyli takiej, na której odczuwalne zaczynają być skutki choroby wysokościowej spowodowanej obniżającym się ciśnieniem powietrza.

O tym, jakie mechanizmy przystosowania do wysokości wykształciły się u niektórych ludzi (u nepalskich szerpów oraz plemion indian andyjskich) pisałem już kilkakrotnie. Jednak nikt jeszcze na tak poważnie nie podszedł do tematu przystosowania do wysokości innych zwierząt. Aż do teraz.

Wczoraj fachowe pismo Nature Genetics (i obawiam się, że z racji pracy mojej nowej będziecie teraz mogli więcej poczytać o genetyce i genomice i tym podobnych – czy to komuś na dobre wyjdzie, to jeszcze nie wiem) opublikowało pracę opisującą sekwencjonowanie genomu jaka (Bos grunniens) i jego porównanie do nizinnego krewnego, czyli krowy (Bos taurus).

Genom zsekwencjonowano jedną z popularnych ostatnio metod sekwencjonowania wysokoprzepustowego, tzw. z ang. next-generation sequencing, które może dokładniej opiszę kiedy indziej. Dość powiedzieć, że te metody są znacznie wydajniejsze i, co więcej, dokładniejsze, niż te stosowane jeszcze niecałe 10 lat temu do otrzymywania pierwszych ssaczych genomów. Dzięki zaś temu, że pozwalają sekwencjonować w dużo większym detalu, możliwym staje się bardzo szczegółowe porówananie pomiędzy genomami pokrewnych gatunków (tu kłania się inna publikacja, o której może też niedługo wspomnę – opublikowane w zeszłym tygodniu w Nature porównianie genomów bonobo, szympansa i człowieka).

Generalnie w porównaniu jaka i krowy wielkiego zaskoczenia nie było: okazało się, że zwierzęta te genetycznie są do siebie niesamowicie podobne, a także że ich rozejście się na dwie różne ewolucyjne gałęzie nastąpiło prawdopodobnie około 4.9 miliona lat temu (czyli innymi słowy szmat czasu temu). Naukowcy postawili hipotezę, że od tamtego czasu jak poddany był pozytywnej selekcji ewolucyjnej pod kątem przystosowania do wysokości.

Wykres pokazujący, kiedy w dziejach rozeszły się linie pomiędzy różnymi ssakami. Jak widać, jak z krową rozstali się prawie 5 milionów lat temu…/Przedruk za zgodą Macmillan Publishers Ltd.: Qiu et al., Nat Genet (online 1/07/2012) ©2012

Aby ją przetestować za pomocą analiz komputerowych wyselekcjonowane 85 genów jaczych oraz 95 genów krowich, o których wiadomo, że w trakcjie ewolucji poddane były pozytywnej selekcji, a następnie zidentyfikowano, za co też geny te odpowiadają. Z 81 genów, o których wiadomo, że mają związek z adaptację do hipoksji – obniżonej ilości wdychnego na dużych wysokościach tlenu – trzy podlegały pozytywnej selekcji u jaka, żaden zaś u krowy. 3 z 81 nie brzmi jak dużo, ale dodam tylko, że w tym kontekście jest to wystarczająca ilość. Jeden z tych genów koduje czynnik wywołujący hipoksję 1α (pisałem o nim tutaj), a dwa kolejne są ważnymi genami regulującymi szlaki metaboliczne wzbudzone w hipoksji.

Istnieją zatem poważne przesłanki co do tego, że jak wobec krowy ma w Himalajach nieuczciwą przewagę. Nie tylko krowy zresztą – tak jak i nepalscy szerpowie mają przewagę nad większością z nas, nędznych śmiertelników, którzy tygodniami muszą się aklimatyzować. Jeśli więc należycie do grona osób, które zaczynają ledwo dyszeć wchodząc na Rysy, a każda wyższa góra stanowi dla Was wyzwanie (z powodu choroby wysokościowej, oponka jako powód się tutaj nie liczy), to po tej ostatniej publikacji możecie do listy znienawidzonych z zazdrości wspinaczy obok szerpów i kozic dołożyć jeszcze jaka.

Qiang Qiu, Guojie Zhang, Tao Ma, Wubin Qian, Junyi Wang, Zhiqiang Ye, Changchang Cao, Quanjun Hu, Jaebum Kim, Denis M Larkin, Loretta Auvil, Boris Capitanu, Jian Ma, Harris A Lewin, Xiaoju Qian, Yongshan Lang, Ran Zhou, Lizhong Wang, Kun Wang, Jinquan Xia, Shengguang Liao, Shengkai Pan, Xu Lu, Haolong Hou, Yan Wang, Xuetao Zang, Ye Yin, Hui Ma, Jian Zhang, Zhaofeng Wang, Yingmei Zhang, Dawei Zhang, Takahiro Yonezawa, Masami Hasegawa, Yang Zhong, Wenbin Liu, Yan Zhang, Zhiyong Huang, Shengxiang Zhang, Ruijun Long, Huanming Yang, Jian Wang, Johannes A Lenstra, David N Cooper, Yi Wu, Jun Wang, Peng Shi, Jian Wang, & Jianquan Liu (2012). The yak genome and adaptation to life at high altitude. Nature Genetics DOI: 10.1038/ng.2343