Разные системы определения пола у двух близкородственных видов евр азийской миноги (Phoxinus)

Почему важны крошечные речные рыбки

Евразийские миноги — небольшие, привычные пресноводные рыбки, но в их ДНК скрывается неожиданно яркая история. В этом исследовании показано, что два близкородственных вида миног, обитающих бок о бок в европейских реках и даже способных гибридизироваться, на самом деле используют разные генетические системы, чтобы решить, станет ли эмбрион самцом или самкой. Это тихое различие в их хромосомах может помогать сохранять виды раздельными и дает окно в механизмы образования новых видов.

Две похожие миноги, два скрытых свода правил

Авторы сосредоточились на двух видах: Phoxinus phoxinus, распространённом в бассейнах Мааса и Рейна, и Phoxinus csikii, встречающемся главным образом в бассейне Дуная и в частях Рейна. Эти миноги часто делят одни и те же водоёмы, о гибридах сообщали, тем не менее границы между видами остаются нечеткими. Поскольку системы определения пола могут быстро эволюционировать и влиять на фертильность гибридов, команда поставила задачу выяснить, как у каждого вида генетически определяется пол. Сначала они подтвердили, используя митохондриальную ДНК у десятков рыб, что их образцы действительно образуют два чётких генетических кластера, соответствующих двум названным видам, что оправдывало детальное посегментарное изучение их геномов.

Вглядываясь в геном в поисках подсказок

Половые хромосомы у млекопитающих и птиц легко заметить: X и Y или Z и W отличаются по размеру и содержанию. У многих рыб же половые хромосомы выглядят почти одинаково, что делает их трудно обнаружимыми под микроскопом. Чтобы обойти это, исследователи секвенировали полные геномы идентифицированных самцов и самок обоих видов миног. Затем они использовали несколько дополняющих друг друга стратегий. Одна сравнивала покрытие ДНК между полами, что может указывать на крупные участки хромосом, присутствующие преимущественно у самцов или самок. Другая сканировала миллионы генетических вариантов, ищя позиции, где один пол в основном гетерозиготен (несёт две разные версии), в то время как другой пол однороден. Третий, более гибкий подход считал короткие фрагменты ДНК, называемые k‑меры, прямо из исходных данных, ища последовательности, которые преимущественно встречаются у одного пола без сильой опоры на существующий референсный геном.

Один вид с мужским типом определения пола, другой с женским

У P. phoxinus все методы сошлись: у самцов оказалось больше гетерозиготных вариантов и уникальных последовательностей в двух небольших участках — одном на хромосоме 3 и одном на хромосоме 12. В популяциях рек Рейн участок на хромосоме 3 наиболее явно разделял самцов и самок, тогда как в Маасе сильнее проявлялась роль участка на хромосоме 12. В обоих районах у самцов чаще встречались две разные версии ДНК, а у самок — совпадающие копии. Такая сигнатура указывает на классическую систему XX/XY, где самцы несут отличительную половую хромосому. В пределах этих областей команда обнаружила гены, связанные со сперматогенезом, клеточным ростом и тонкой окраской — признаки, которые могут быть тесно связаны с полом.

У P. csikii история оказалась обратной. Традиционные сканы по вариантам, которые сильнее опирались на референсный геном P. phoxinus, не выявили явной половой области, вероятно потому, что многие специфичные для самок последовательности отсутствуют в том референсе. Но анализ k‑меров, работающий напрямую с сырыми ридами, показал сильный кластер фрагментов ДНК, обнаруживаемых только у самок, вблизи начала хромосомы 3. Там у самок в отдельных позициях чаще наблюдалась гетерозиготность, тогда как у самцов копии были совпадающими. Эта картина — характерный признак системы ZZ/ZW, где необычная половая хромосома встречается у самок. Гены в этой области были связаны со стресс‑ответами, мембранами клеток и гормональными путями, важными для функции яичников, что также согласуется с ролью в определении пола и размножении.

Как разные правила пола могут разделять виды

То, что два столь близких вида миног используют противоположные системы определения пола — одна на основе мужского хромосомного различия (XX/XY), другая на основе женского (ZZ/ZW) — подчёркивает, насколько гибким может быть определение пола у рыб. Когда виды с разными системами скрещиваются, у потомства могут появиться необычные комбинации половых хромосом, которые плохо спариваются или функционируют. Это может приводить к искривлённым половым соотношениям, бесплодию или низкой выживаемости, и все эти эффекты действуют как барьеры для смешения генетических пулов. Авторы предполагают, что контрастные половые системы могут, таким образом, помогать поддерживать или даже усиливать репродуктивную изоляцию между P. phoxinus и P. csikii, несмотря на их перекрывающиеся ареалы. Проще говоря, выяснив, как эти миноги определяют пол, исследование также проливает свет на то, как новые виды возникают и сохраняют различия в плотных речных сетях.

Цитирование: Oriowo, T.O., Smith, S.H., Thorman, J. et al. Different sex determination systems in two closely related Eurasian minnow (Phoxinus) species. Heredity 135, 259–270 (2026). https://doi.org/10.1038/s41437-026-00827-8

Ключевые слова: определение пола, евразийские миноги, хромосомы рыб, гибридизация, видообразование