Ученые обнаружили, что геномы морских беспозвоночных были на удивление стабильными на протяжении длительного времени. Это новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, представляет собой всесторонний анализ отдаленно связанных групп животных, включая губок, медуз, морских гребешков и беспозвоночных, наиболее близких к человеку, и обнаружило, что их хромосомы удивительно похожи.
Думайте о геноме как о инструкции по эксплуатации, расположенной в каждой клетке и записанной в коде ДНК. Он содержит всю унаследованную информацию для работы организма. Это руководство по эксплуатации разделено на главы - хромосомы, а те, в свою очередь, далее подразделяются на страницы - гены.
С течением времени - а под этим я подразумеваю не менее 550 миллионов лет - из-за случайных мутаций порядок генов в хромосомах сбивается, как перепутаны страницы в главе книги. И что еще более драматично, иногда мы обнаруживаем, что две хромосомы соединились и смешались, как если бы главы были слиты и перемешаны». объяснил профессор Даниэль Рохсар, последний автор статьи и главный исследователь отдела молекулярной генетики Окинавского института науки и технологий (OIST) в Японии. «Но в целом мы обнаружили замечательную стабильность. Несмотря на то, что последний общий предок этих трех групп жил более полумиллиарда лет назад, многие из их хромосом узнаваемо похожи в том смысле, что они содержат одни и те же группы генов».
В исследовании сравнивались геномы видов из трех обширных групп - губок (очень простые животные без мышц и нервов), книдарий (особенно медуз и гидр) и билатерий (гребешки и амфиоксы). Эти геномы либо были секвенированы ранее, либо впервые были описаны в этом исследовании. Хотя у многих из этих организмов ранее были секвенированы «черновики» версий их геномов, это раннее исследование не смогло изучить общую хромосомную организацию. Теперь, благодаря достижениям в области генетических технологий, исследователи могут собирать головоломки и сравнивать, как гены организованы в длинные нити. В этом исследовании впервые были реконструированы хромосомы гидры, значительно улучшены хромосомы амфиокса и проведен широкий сравнительный анализ..
Международная группа исследователей, в которую вошли ученые из OIST, Венского университета, кампусов Калифорнийского университета в Беркли, Ирвине и Санта-Крузе, Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана и Университетского колледжа Лондона, обнаружила поразительное сходство между хромосомами пяти разных животных и подтвердили, что эти сходства также присутствуют в геномах других животных. В некоторых случаях они выявили закономерности слияния хромосом, характерные для определенных подгрупп животных. Например, исследователи обнаружили четыре древних слияния, общие для гребешков и нескольких других моллюсков, которые также напоминали слияние в черновом геноме морского червя..
«Мы видим, что гены могут находиться в одной и той же хромосоме у разных видов, но часто в разном порядке», - пояснил профессор Рохсар. «В редких случаях, когда две хромосомы сливаются вместе, а затем смешиваются, карабкаясь по только что слитой хромосоме, это слияние нельзя отменить, и оно служит постоянным маркером эволюционной истории хромосомы. карты вместе. Мы можем продолжать их тасовать, но они никогда больше не разделятся на две одинаковые колоды."
Когда живые животные разделяют одни и те же слияния, исследователи делают вывод, что слияния должны были произойти у древнего общего предка этих видов. Теперь они сделали несколько проверяемых предсказаний о геномах, которые еще предстоит секвенировать. Например, команда предсказывает, что геномы всех моллюсков и родственных им «спиральных» животных должны демонстрировать специфический набор слияний, наблюдаемых у морских гребешков.
Эти результаты демонстрируют интересный парадокс. «Млекопитающие существуют всего около 100 миллионов лет», - пояснил профессор Рохсар. «Но когда мы сравниваем геном двух млекопитающих, скажем, человека и мыши, хромосомы выглядят так, как будто они были разбиты на несколько сотен частей, а затем смешаны вместе. Характеристика сохранения хромосомного масштаба, которую мы обнаружили у беспозвоночных, такова: просто не встречается у млекопитающих». Он предположил, что хромосомы млекопитающих могли эволюционировать иначе, потому что исторически млекопитающие жили меньшими группами, чем большинство морских беспозвоночных. Небольшие группы способствуют выживанию этих случайных мутаций, что может быть причиной того, что хромосомные перестройки легче распространяются у млекопитающих.
В общей сложности исследователи идентифицировали 29 предковых сегментов хромосом. Кроме того, группа обнаружила, что некоторые из этих сегментов существовали примерно за 800-900 миллионов лет до появления животных, когда все организмы были одноклеточными или очень простыми многоклеточными формами. Таким образом, некоторые гены путешествовали вместе почти миллиард лет, однако последствия этих древних связей между генами остаются загадкой.