Сниженную приспособленность животных с альбинизмом обычно связывают с тем, что хищникам легко их обнаружить. Однако крайняя редкость альбиносов в природе не позволяет подробно изучить влияние этого фенотипа на выживание. Международная группа ученых получила жаб-альбиносов с помощью нокаута гена тирозиназы и показала, что их смертность повышена при совместном содержании с животными нормального фенотипа, как на стадии головастиков, так и у взрослых особей. Выяснилось, что жабы-альбиносы чаще промахиваются при охоте на насекомых, особенно при плохом освещении.
Изображение:
Мозаичные особи первого поколения — пигментированный самец и белая самка
Credit:
Chris Jolly | CC BY ND | Пресс-релиз
Редактирование генома с помощью CRISPR-Cas-9 систем открыло новые возможности для изучения эффектов отдельных генов. Нокаут конкретного гена позволяет оценить его влияние на фенотип вне связи с другими генами, изменения в которых у диких организмов могут быть ассоциированы друг с другом, например, за счет действия отбора. Кроме того, получение желаемых генотипов в лаборатории дает возможность изучать генетические варианты, крайне редко встречающиеся в природе. Ученые из Германии, Франции и Австралии с помощью генного редактирования исследовали влияние альбинизма на приспособленность у жаб-ага (Bufo marinus).
Жаб — мозаичных альбиносов получили при помощи инъекции CRISPR-Cas в одноклеточные зиготы. CRISPR-конструкция таргетировала ген тирозиназы — фермента, участвующего в синтезе меланина. Нарушения в работе тирозиназы приводят к формированию истинного альбинизма, то есть полного отсутствия меланина в организме. При этом мутация является рецессивной — гетерозиготные особи окрашены.
Затем авторы получили потомство от мозаичных родителей из первого поколения. Пигментация икры жабы в первые часы после оплодотворения отражает материнский генотип, а на четвертый день проявляются эффекты отцовских генов. Все икринки фенотипически белой самки изначально были альбиносными, но у части позднее развилась пигментация благодаря отцовскому гену тирозиназы дикого типа. На стадии головастиков среди потомства было 76,9% гетерозиготных особей с пигментированной кожей и глазами и 23,1% полных альбиносов.
В дальнейших экспериментах авторы оценивали, как влияет альбинизм на рост и выживание особи. Головастиков содержали в аквариумах группами: только пигментированных, только альбиносов или тех и других в соотношении 1:1 (по шесть аквариумов на каждую группу из 12 особей). Авторы не обнаружили значимых различий в темпах роста окрашенных и альбиносных головастиков. Выживаемость также не отличалась в условиях раздельного содержания фенотипов. При совместном содержании альбиносов и нормальных головастиков, однако, альбиносы демонстрировали значимо меньшую выживаемость (p=0,008), а также более ранний метаморфоз (p=0,025).
После метаморфоза жаб сначала в течение недели держали в условиях неограниченного доступа к пище, чтобы оценить темпы роста, затем переносили в один из девяти тестовых загонов, три из которых содержали только животных нормального фенотипа, три — только альбиносов и три — смешанные группы. Альбиносы в группе смешанного фенотипа росли значительно медленнее (p<0,001), уровни выживаемости также были ниже. При раздельном содержании различий между группами не наблюдалось.
Исследователи проверили, насколько успешно жабы с разными фенотипами охотятся на живых термитов. Оказалось, что животные-альбиносы добывают пищу значительно хуже, чем нормально окрашенные. Особенные трудности у альбиносов возникали при слабом освещении. Скорость распознавания добычи между группами не отличалась, но у альбиносов была значимо ниже точность при попытках схватить жертву (p=0,039).
Снижение приспособленности животного, вызванное альбинизмом, обычно связывают с утратой покровительственной окраски и уязвимостью для хищников. Новая работа показала, что жабы-альбиносы в контролируемых условиях «проигрывают» животным с нормальным фенотипом даже в отсутствие других видов. Исследования генноотредактированных животных могут помочь лучше изучить влияние различных генетических вариантов на приспособленность, отмечают авторы.
Источник
Alexander T. Funk, et al. Knocking out genes to reveal drivers of natural selection on phenotypic traits: a study of the fitness consequences of albinism // Proceedings of the Royal Society B Biological Sciences. 29220251458, published August 27, 2025, DOI: 10.1098/rspb.2025.1458