В сотрудничестве с учеными из Великобритании, Европы, Японии и США исследователи из Центра секвенирования генома человека при Медицинском колледже Бейлора обнаружили дублирование всего генома в ходе эволюции пауков и скорпионов. Исследование опубликовано в BMC Biology.
Исследователи уже давно изучают пауков и скорпионов как по прикладным причинам, таким как изучение компонентов яда для фармацевтических препаратов и шелка для материаловедения, так и по основным вопросам, таким как причины эволюции и понимание развития и экологического успеха. этой разнообразной группы плотоядных организмов.
В рамках пилотного проекта i5K, проекта по изучению геномов 5000 видов членистоногих, Центр секвенирования генома человека проанализировал геном домашнего паука Parasteatoda tepidariorum - модельного вида, изучаемого в лабораториях - и аризонский коровый скорпион Centruroides sculpturatus, - самый ядовитый скорпион в Северной Америке.
Анализ этих геномов показал, что пауки и скорпионы произошли от общего предка более 400 миллионов лет назад, который сделал новые копии всех генов в своем геноме, процесс, называемый дублированием всего генома. Такое событие является одним из крупнейших эволюционных изменений, которые могут произойти с геномом, и относительно редко встречается в эволюции животных.
Доктор. Стивен Ричардс, доцент Центра секвенирования генома человека, руководивший секвенированием генома в Бэйлоре, сказал: «Чрезвычайно интересно наблюдать быстрый прогресс в нашем молекулярном понимании видов, с которыми мы сосуществуем на планете Земля. Анализ генома паука особенно сложен, и мы считаем, что это один из самых качественных геномов пауков на сегодняшний день».
Аналогичным образом, при происхождении позвоночных также произошли две дупликации целых геномов, что вызвало давние споры о том, способствовали ли дублированные гены новой биологической сложности в эволюции линии позвоночных, ведущей к млекопитающим. Таким образом, новое открытие дупликации всего генома у пауков и скорпионов обеспечивает ценное сравнение с событиями у позвоночных и может помочь выявить гены и процессы, которые были важны для нашей собственной эволюции.
"Хотя большая часть нового генетического материала, полученного в результате дупликации всего генома, впоследствии теряется, некоторые из новых копий генов могут развивать новые функции и могут способствовать диверсификации формы, размера, физиологии и поведения животных", сказал д-р Алистер МакГрегор, профессор эволюционной биологии развития в Оксфордском университете Брукс и ведущий автор исследования.«Сравнение дупликации всего генома у пауков и скорпионов с независимыми событиями у позвоночных обнаруживает поразительное сходство. В обоих случаях сохранились дублированные кластеры генов Hox. Это очень важные гены, которые регулируют развитие структур тела у всех животных, и поэтому может вызвать эволюционные изменения в планах тела животных».
Исследование также показало, что копии генов Hox пауков демонстрируют различия в том, когда и где они экспрессируются, что позволяет предположить, что они развили новые функции.
МакГрегор объясняет, что эти изменения могут помочь прояснить эволюционные инновации пауков и скорпионов, включая специализированные конечности и то, как они дышат, а также производство различных типов яда и шелка, которые пауки используют, чтобы поймать и убить свою добычу..
«Многие люди боятся пауков и скорпионов, но это исследование показывает, какую прекрасную часть эволюционного древа они представляют», - сказал доктор. Ричард Гиббс, директор Центра секвенирования генома человека и кафедры Wofford Cain, профессор молекулярной генетики и генетики человека в Бэйлоре.
«Сейчас затраты достаточно быстро упали с десятков миллионов долларов до всего лишь нескольких тысяч долларов, чтобы проводить геномный анализ любого вида», - сказал Ричардс. «Еще многое предстоит узнать о жизни на земле вокруг нас, и я считаю, что этот результат - только начало понимания молекулярного строения пауков».