Эта находка, опубликованная в научном журнале Nature Ecology & Evolution, позволила расшифровать эволюционную историю дупликаций генома — количества раз, когда геном полностью дублируется, — которые происходили у предков позвоночных, в группу которых входит и человек.

Это исследование имеет важное значение для эволюционной и молекулярной науки, поскольку помогает нам понять изменения в геноме, которые сопровождали возникновение позвоночных и их самых уникальных структур, таких как сложный мозг, челюсти и конечности, — объясняет ученый кафедры биологии животных УМО Паскуаль Анайя, который координировал исследование.

Таким образом, это исследование, занявшее почти десять лет, было проведено международным консорциумом, в который вошли более 30 институтов из Испании, Великобритании, Японии, Китая, Италии, Норвегии и США, включая Токийский университет, японский исследовательский институт RIKEN, Китайскую академию наук, Центр геномного регулирования в Барселоне и другие.

Экологическая связь

Миксины, или миксины, — это группа животных, обитающих в глубоких океанских районах. Известные своим количеством слизи, которую они выделяют, когда чувствуют опасность, — предмет исследований косметических компаний — а также своей ролью экологического звена на морском дне, поскольку они являются падальщиками и отвечают, в частности, за уничтожение трупов китов, которые после смерти оказываются на дне моря; до сих пор их геном не был секвенирован из-за его сложности, поскольку они состоят из большого количества микрохромосом, которые, в свою очередь, состоят из повторяющихся последовательностей. К этому добавляется сложность доступа к биологическому материалу.

Кроме того, эти микрохромосомы теряются в процессе развития животного, так что только половые органы сохраняют целый геном, — говорит Хуан Паскуаль Анайя.

Дупликации генома

Если говорить более конкретно, то в рамках данного исследования, проведенного в сотрудничестве с Китайской академией наук, был секвенирован геном Eptatretus burgeri, обитающего в Тихом океане, у берегов Восточной Азии. Для этого исследователи собрали данные, в 400 раз превышающие размер его генома, используя передовые методы -Hi-C- хромосомного сближения и сумев собрать их на уровне хромосом.

Это важно, потому что позволило нам сравнить, например, порядок генов у этого вида и остальных позвоночных, включая акул и человека, и, таким образом, решить один из самых важных открытых споров в геномной эволюции: количество дупликаций генома и время, когда они произошли во время возникновения различных линий позвоночных, — говорит ученый из УМА, добавляя, что благодаря этому мы теперь знаем, что общий предок всех позвоночных произошел от вида, геном которого был полностью продублирован один раз.

Позже, по словам Паскуаля Анайи, линии, давшие начало современным мандибулярным и немандибулярным позвоночным, разделились, и каждая из них повторно размножила свой геном независимо друг от друга: если первые, к которым относится человек, продублировали его, то вторые — утроили.

Эволюционное влияние

Анализ функциональности геномов, основанный на чрезвычайно редких образцах эмбрионов myxini, проведенный в престижной лаборатории профессора Сигеру Куратани из RIKEN; и исследование возможного влияния дупликаций генома на каждого позвоночного, разработанное совместно с профессором Бристольского университета и членом Королевского общества Филом Донохью, завершают это междисциплинарное исследование, которое является ключом к пониманию эволюционной истории позвоночных.

Оно позволяет взглянуть на геномные события, которые, вероятно, привели к появлению таких важных характеристик позвоночных, как строение мозга, органы чувств или клетки нервного гребня, среди которых — увеличение сложности регуляции, то есть увеличение числа переключателей, включающих/выключающих гены.

Фото: https://www.inaturalist.org/observations/184600136