Биологи Орегонского университета создали подробный геном змееподобной рыбы-иглы, предоставив новый исследовательский справочный инструмент, который поможет изучить древнее семейство рыб, в которое входят морские коньки и морские драконы. генетические изменения.
Сравнение генома с другими позвоночными организмами может помочь ученым узнать об основных аспектах биологии человека, таких как развитие и изменение формы черепа и то, как геном, который люди в основном разделяют с другими позвоночными, может быть изменен для создания новых структур, - сказала Сьюзен Бэсшем, старший научный сотрудник лаборатории UO биолога Уильяма Креско, где проводилось исследование.
Хотя такое исследование, связанное с человеческими особенностями, является дополнительным преимуществом, более немедленная отдача заключается в том, что методы, используемые в ходе проекта, изложены таким образом, чтобы другие небольшие лаборатории могли использовать их в качестве эталона для создания геномов организмов, которые они изучают. заинтересован в учебе.
Документ с подробным описанием генома был опубликован 20 декабря в журнале Genome Biology. Морская игла, обитающая в изобилии в зарослях водорослей Мексиканского залива, носит видовое название Syngnathus scovelli. Он принадлежит к семейству, известному как Syngnathidae, возраст которого составляет не менее 50 миллионов лет.
«У этой группы видов есть новшества, которые не совсем понятны с эволюционно-генетической точки зрения», - сказал Клэй Смолл, один из ведущих авторов статьи и научный сотрудник лаборатории Креско в Институте экологии и эволюции. «Семейство Syngnathidae является очень хорошей модельной кладой для изучения этих производных структурных особенностей, потому что они очень странно выглядят с точки зрения их уникального строения тела. В конечном счете, мы заинтересованы в выявлении генетических изменений, связанных с эволюцией этих новых особенностей у вся эта семья."
Виды семейства Syngnathid имеют длинные морды, которые помогают их всасывающему поведению при кормлении. У них костяные доспехи. У них отсутствуют брюшные плавники, ребра и зубы, и у самцов развились уникальные плацентоподобные структуры для вынашивания развивающегося потомства.
Публикация генома морской иглы произошла менее чем через неделю после того, как геном другого члена семейства, морского конька с тигровым хвостом, был объявлен в журнале Nature.
«Эта пара статей, опубликованных почти одновременно, значительно продвинула геномный анализ этой замечательной группы рыб», - сказал Креско, профессор биологии.
Два генома показывают, что потери и изменения в определенных генах или функциях генов могут быть ответственны за эволюционные инновации, сказал Смолл. В ходе эволюции геномы морских игл и морских коньков утратили генетические элементы по сравнению с далекими предками рыб. Это, вероятно, объясняет некоторые изменения в выравнивании тела и потерю тазовых плавников, которые соответствуют ногам в линии человеческих позвоночных, сказал он.
Большая часть усилий Смолла была сосредоточена на способности самцов морских иглобрюхов вынашивать эмбрионы в выводковой сумке. По словам Бэсшема, морская игла представляет собой пример одной из наиболее сложных плацентарных структур, обнаруженных у самцов различных видов морских игл.
Около 1000 генов по-разному экспрессируются в сумке во время беременности самца, чтобы контролировать процессы развития, обмен питательными веществами, стабильность и иммунитет, сообщили исследователи.
В сравнительном анализе беременных и небеременных самцов морских иглобрюхов Смолл обнаружил семейство генов, которые ведут себя необычно. Это семейство генов, patristacins, содержит некоторые члены, которые включаются во время беременности, и другие, которые во время беременности подавляются. Группа генов, вероятно, уникальна для сингнатидных рыб, и они ведут себя аналогично морским конькам.
Команда под руководством UO также обнаружила, что у морской иглы на две хромосомы меньше, чем у большинства лучепёрых рыб. «Глядя на закономерности расположения генов в геноме, весьма вероятно, что эта разница возникла просто в результате слияния четырех хромосом предков в две», - сказал Бэсшем. «У большинства рыб 24 хромосомы, а у морской иглы - 22».
Исследователи использовали секвенатор генома в Центральном центре геномики UO, а также генетическую технологию, разработанную в UO, под названием маркеры ДНК, связанные с сайтом рестрикции, теперь известную как RAD-секвенирование. Это позволяет исследователям сортировать данные, а затем снова объединять их в подробную генетическую карту.
Команда также использовала три программных пакета, разработанных соавтором Джулианом Катченом, бывшим научным сотрудником UO, работающим в настоящее время в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Программное обеспечение было разработано для дополнения данных секвенирования RAD и сборки генома.
Использование геномов рыб, по словам Бэсшема, должно позволить исследовательским группам задавать множество различных биологических вопросов. «Рыбы - позвоночные. Мы - позвоночные», - сказала она. «У нас с этими рыбами большая часть нашей биологии. Мы хотели бы понять, как происходит эволюция, и некоторые из самых интересных аспектов эволюции происходят, когда в эволюционной линии появляются новые черты.
«Новинки могут происходить разными способами», - сказал Бэсшем. «Иногда это связано с потерей структуры, которая создает новый образ жизни. В других случаях это может быть эволюция новой части тела, которой раньше не было. Откуда взялась эта ткань? Что было изменено, чтобы это сделать? Или какие генные пути развития были изменены, чтобы сделать возможным это?"