Параллельная эволюция слуховых генов, обеспечивающих эхолокацию у летучих мышей и зубатых китов

Способность летучих мышей и зубатых китов к эхолокации представляет собой примечательный пример конвергентной эволюции. Предыдущие генетические исследования выявили параллельную эволюцию нуклеотидных последовательностей генов Prestin и KCNQ4, оба из которых связаны с волтной моторикой при усилении сигналов в улитке. Эхолокация включает сложные механизмы. К наиболее важным факторам относятся усиление в улитке, передача нервного сигнала и перекодирование сигналов. В настоящей работе исследованы три гена, играющие различные роли в этой слуховой системе. Кадгерин 23 (Cdh23) и его лиганд протокадгерин 15 (Pcdh15) необходимы для обеспечения пучковой моторики сенсорных волосковых клеток. Отоферлин (Otof) участвует в передаче нервного сигнала во внутренних волосковых клетках слухового анализатора. Сигналы параллельной эволюции обнаружены во всех трех генах у трех групп эхолоцирующих животных — двух групп летучих мышей (Yangochiroptera и Rhinolophoidea) и дельфинов. Значимые сигналы положительного отбора также выявлены для Cdh23 у Rhinolophoidea и дельфинов, а для Pcdh15 — у Yangochiroptera. Кроме того, у взрослых эхолоцирующих летучих мышей уровень экспрессии Otof в слуховой коре выше, чем у эмбрионов и летучих мышей, не использующих эхолокацию. Гены Cdh23 и Pcdh15 кодируют соответственно верхнюю и нижнюю части концевых связок; оба гена у эхолоцирующих животных демонстрируют признаки конвергентной эволюции и положительного отбора, что позволяет предположить их коэволюцию для оптимизации усиления в улитке. Конвергентная эволюция и особенности экспрессии Otof указывают на потенциальную роль нервной системы и мозга в эхолокации. Обобщение результатов анализа последовательностей и экспрессии генов показывает, что положительный отбор, параллельная эволюция и, возможно, коэволюция и изменения экспрессии генов влияют на множество генов слуха, выполняющих различные функции в слухе, включая волтную и пучковую моторику при усилении в улитке, передачу нервных сигналов и функции мозга.