Новая последовательность генома морского огурца в высоком разрешении дает молекулярное представление о его способности к регенерации, согласно новому исследованию, опубликованному 12 октября в журнале открытого доступа PLOS Biology Сяоцзюнь Чжаном, Линой Сун, Хуншэн Яном и Цзяньхай Сян из Института океанологии Китайской академии наук и его коллеги. Последовательность генома также помогает объяснить, почему структура скелета морского огурца радикально отличается от других представителей типа иглокожих, и может быть полезна для понимания эволюции животного мира.
Морские огурцы образуют один класс иглокожих, тип, который также включает морских ежей и морских звезд («морские звезды»). Иглокожие и хордовые (близкородственный тип, включающий человека) имеют общую черту, отличающую их от большинства других животных: это так называемые вторичноротые, у которых в развитии первым формируется анус, а не рот. Морские огурцы уникальны среди иглокожих тем, что не имеют затвердевшего кальциевого экзоскелета и способны регенерировать поврежденные или утраченные части тела и внутренности в гораздо большей степени, чем морские ежи или морские звезды.
Чтобы изучить генетические основы этих особенностей и лучше понять эволюцию вторичноротых, авторы провели геномное секвенирование высокого разрешения морского огурца Apostichopus japonicus (также известного как японский морской огурец), охватывающее около 92% из предполагаемых 880 мегабаз ДНК, включая более 30 000 генов.
Сравнивая геном A.japonicus с другими организмами, авторы обнаружили свидетельства того, что иглокожие отделились от полухордовых (небольшая группа морских вторичноротых, в которую входят желудевые черви) около 533 миллионов лет назад, а морские огурцы отделились от других классов иглокожих около 479 миллионов лет назад. назад. Авторы показали, что в то время как геном морского ежа включает 31 ген биоминерализации, критический для формирования кальцифицированного скелета, у морского огурца таких генов всего семь. Они также обнаружили, что морские огурцы экспрессировали эти гены биоминерализации на гораздо более низком уровне на протяжении всего развития, что, вероятно, объясняет их более мягкое тело по сравнению с морскими ежами.
В качестве стратегии отпугивания хищников морские огурцы могут извергать свои внутренности, которые затем могут регенерировать в течение нескольких недель. Авторы обнаружили группу дуплицированных генов, называемых PSP94-подобными генами, которые были специфически экспрессированы в регенерирующем кишечнике морского огурца, у которого не было соответствующих генов у других иглокожих, предполагая, что эти гены могут иметь решающее значение для способности животных быстро отрастают их внутренности. Вторая группа генов, называемая белками, связанными с фибриногеном, также дублировалась и сильно экспрессировалась во время регенерации, что указывает на то, что они, вероятно, также вносят свой вклад в эту способность.
«Морской огурец является особенно многообещающим модельным животным для регенеративной медицины», - сказал Сян, и доступность его генома должна помочь усилиям по изучению биологии регенерации и определению того, может ли отрастание иглокожих дать понимание, которое можно применить. к медицине человека. «Наши результаты также должны способствовать пониманию требований к устойчивому использованию и эффективному разведению иглокожих в поддержку производства ценных морских огурцов», что включает их использование в качестве источника пищи и традиционной китайской медицины.