Молекулярная эволюция ядовитых брюхоногих моллюсков

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-74-10020

НазваниеМолекулярная эволюция ядовитых брюхоногих моллюсков

Руководитель Федосов Александр Эрнстович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №41 - Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-105 - Эволюционная биология

Ключевые слова Молекулярная эволюция, эволюция ядов, филогения, транскриптом, протеом, пептидом, белковые токсины, Gastropoda, морские моллюски, Conus, Vexillum

Код ГРНТИ34.15.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Возникновение новых адаптивных признаков центральная загадка эволюционной биологии. Яды естественного происхождения представляют собой великолепную модель для исследования адаптивных инноваций - они легко квантифицируются, а отдельные токсины представляют собой, адаптивные молекулярные фенотипы, напрямую закодированные в геноме. Целью настоящего проекта является выявление биохимических адаптаций ядовитых брюхоногих моллюсков и анализ становления и эволюции этих адаптаций в контексте эволюционной истории моллюсков. Объектом исследования станут два семейства ядовитых морских гастропод, Conidae и Costellariidae, насчитывающие в сумме более 1500 видов. Морские брюхоногие моллюски отряда Neogastropoda – огромная (более 12000 видов), и экологически важная группа морских беспозвоночных, чей эволюционный успех связан с освоением различных стратегий хищничества. Одна из наиболее эффективных стратегий, умерщвление жертвы ядом нейротоксического действия, широко известна, благодаря роду Conus. Яд каждого из более чем 750 известных видов Conus состоит из 100-250 индивидуальных токсинов (конотоксинов), преимущественно, блокаторов потенциал- и лиганд-зависимых ионных каналов нервной системы, и может быть летальным для человека. В то время как конотоксины активно исследуются для целей фармацевтики, они также представляют собой уникальную модель молекулярных адаптаций, способствовавших интенсивному видообразованию в кроновой группе конусов (род Conus). Однако большинство работ фокусируются либо на отдельной группе конотоксинов, либо на небольшой группе видов конусов, а данные по составу ядов семейства Conidae за пределами рода Conus фактически отсутствуют. Более того, яды конусов представляются вершиной айсберга по сравнению с совершенно не изученными биохимическими адаптациями других неогастропод. Уникально среди них семейство Costellariidae. Моллюски рода Vexillum, образующего кроновую группу Costellariidae, имеют массивную трубчатую железу Лейблейна, идентичную по строению ядовитой железе конусов. Строение этой железы и прочих структур пищеварительной системы Costellariidae позволяют предположить использование токсинов для умерщвления жертвы, и это предположение находит подтверждение в единственном опубликованном наблюдении питания Costellariidae. Биохимические адаптации Costellariidae к хищничеству никогда не изучались и остаются terra incognita. Моллюски семейства Costellariidae (в частности, род Vexillum) это в основном, крупные виды, часто многочисленные в тропических прибрежных водах, что делает их удобным объектом для исследования биохимии и идеальным таксоном для сравнения с семейством Conidae. В рамках настоящего проекта будут впервые проанализированы транскриптомы ядовитой железы представителей трёх ранее неисследованных родов Conidae – Lilliconus, Conasprella и Profundiconus. Будет выполнено их сравнение с опубликованными транскриптомами рода Conus. В семействе Costellariidae будут впервые характеризованы транскриптомы как трубчатой железы Лейблейна трёх видов Vexillum, так и гомологичных ей структур у «базальных» костелляриид, сохранивших анцестральную морфологию. Это позволит выявить апоморфные признаки биохимии Vexillum. Дополнительная информация о составе этих надсемейств токсинов будет получена при анализе геномной ДНК 40-50 таксонов Costellariidae представляющих филогенетическое разнообразие семейства. Существующая филогения Costellariidae будет дополнена, и основные события эволюционной истории семейства датированы с использованием палеонтологических данных. Поддержанные филогении Costellariidae (будет получена в ходе выполнения проекта) и Conidae (опубликована ранее) позволят реконструировать основные этапов эволюции ядов Costellariidae и Conidae и сравнить выявленные тенденции. Актуальность проекта обусловлена растущим интересом фармакологических компаний к токсинам естественной природы. В то время как около 10 высокоэффективных препаратов для лечения расстройств нервной системы были разработаны на основе конотоксинов, токсины других групп ядовитых брюхоногих моллюсков остаются неисследованными, а их фармакологический потенциал – нереализованным. Как неисследованные в плане биохимии рода конид так и виды Vexillum, несомненно, являются приоритетными таксонами для исследований токсинов. Интерес к эволюционным процессам, лежащим в основе диверсификации видов и токсинов ядовитых животных делает полногеномное секвенирование одним из приоритетных направлений дальнейших исследований. Транскриптомные данные, полученные при выполнении проекта, будут важны для успешной реконструкции и анализа геномов Vexillum и Conus. Более того, выявление адаптаций, предопределивших эволюционный успех высоко-разнообразных таксонов животных, имеют фундаментальное значение для понимания эволюции биоты на земле.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Фассио Д., Модика М.В., Мари Л., Захариас П., Федосов А.Э. Горсон Д., Кантор Ю.И., Хёлфорд М., Пулляндр Н. Venom diversity and evolution in the most divergent cone snail genus Profundiconus Toxins, том 11, выпуск 623, стр. 1-22 (год публикации - 2019)
10.3390/toxins11110623

2. Лю А., Воткинс М., Ли К., Робинсон С.Д., Концепсион Ж.П., Янделл М., Венг Ж., Оливера Б.М., Сафави-Хемами Е., Федосов А.Э. Transcriptomic profiling reveals extraordinary diversity of venom peptides in unexplored predatory gastropods of the genus Clavus. Genome Biology and Evolution (год публикации - 2020)
10.1093/gbe/evaa083

3. Федосов А.Э., Пулляндр Н. Integrative taxonomy of the Clavus canalicularis species complex (Drilliidae, Conoidea, Gastropoda) with description of four new species. Molluscan Research, 40, 3, 251-266 (год публикации - 2020)
10.1080/13235818.2020.1788695

4. Чуа В.М., Гаджевиак Д., Уоткинс М., Эспино С.С., Рамиро И.Б.Л., Омага К.А., Империал Д.С., Карпио Л.П.Д., Федосов А.Э, Сафави-Хемами Х., Сальвадор-Рейес Л.А., Оливера Б.М., Концепсион Ж.П. Purification and Characterization of the Pink-Floyd Drillipeptide, a Bioactive Venom Peptide from Clavus davidgilmouri (Drilliidae: Conoidea: Gastropoda) Toxins, 12, 508 (год публикации - 2020)

5. Уриб Х.Е., Федосов А.Э., Мёрфи К.Р., Макири С., Харасевич М.Г. The complete mitochondrial genome of Costapex baldwinae (Gastropoda: Neogastropoda: Turbinelloidea: Costellariidae) from the Caribbean Deep-Sea Mitochondrial DNA part B, 6(3):943-945 (год публикации - 2021)
10.1080/23802359.2021.1889408

6. Федосов А.Э., Захариас П., Пулляндр Н. A phylogeny-aware approach reveals unexpected venom components in divergent lineages of cone snails Proceedings of the Royal Society, Biological series B, 288 (1954): 20211017 (год публикации - 2021)
10.1098/rspb.2021.1017

7. Крисционе Ф. Халлан А. Пулляндр Н., Федосов А.Э. Snails in depth: Integrative taxonomy of Famelica, Glaciotomella and Rimosodaphnella (Conoidea: Raphitomidae) from the deep sea of temperate Australia Invertebrate systematics, 35, 940–962 (год публикации - 2021)
10.1071/IS21008

8. Александр Федосов, Гием Ашаз, Андрей Гончар, Николас Пулляндр MOLD, a novel software to compile accurate and reliable DNA diagnoses for taxonomic descriptions Molecular Ecology Resources (год публикации - 2022)
10.1111/1755-0998.13590

9. Кузнецова К.Г., Звонарева С.С., Жиганшин Р., Мехова Е.С., Дгебуадзе П.Ю., Йен Д.Т.Х., Нгуйен Т.Х.Т., Мошковский С.А. Федосов А.Э. Vexitoxins: conotoxin-like venom peptides from predatory gastropods of the genus Vexillum Proceedings of the Royal Society, Biological series B (год публикации - 2022)
10.1098/rspb.2022.1152

Публикации