Найбільший геном серед усіх тварин на Землі належить не гіганту чи високорозвиненій істоті, а незвичайній водяній істоті, яка ніби застигла в часі на шляху еволюції до сухопутного життя. Це дихальні риби, клас прісноводних хребетних, чиї унікальні риси відображені в їхньому величезному генетичному коді. Ці дивні стародавні істоти, здатні дихати і повітрям, і водою, мають плавники, схожі на кінцівки, і розвинений скелет. Вважається, що вони мають спільного предка з усіма чотириногими хребетними, відомими як тетраподи.
Розшифровка гігантського геному
Розуміння вмісту цього довгого геному може пролити світло на те, як наші предки вийшли з води на сушу, і вчені щойно зробили прорив у цьому напрямку. Вони секвенували найбільший з геномів дводишних риб, південноамериканської дводишної риби Lepidosiren paradoxa.
“З більш ніж 90 мільярдами нуклеотидів ДНК південноамериканський вид має найбільший геном серед усіх тварин і більш ніж удвічі більший, ніж геном попереднього рекордсмена, австралійської дводишної риби”, – зазначив еволюційний біолог Аксель Майєр з Університету Констанца в Німеччині. “Вісімнадцять з 19 хромосом південноамериканської дводишної риби окремо більші за весь геном людини”.
Порівняння з людським геномом
Цей величезний обсяг ДНК приблизно в 30 разів перевищує довжину людського геному. Цікаво, що команда нарахувала лише близько 20 000 послідовностей, що кодують білок. Африканська дводишна риба (Protopterus annectens), яку дослідники також секвенували, мала подібну кількість окремих генів, що означає, що обидва показники кодування приблизно збігаються з нашою власною генетичною бібліотекою. Це залишає багато некодуючої ДНК для дослідників, щоб з’ясувати її призначення.
Останні новини: 10 цікавих фактів про тарганів, які вас здивують
Секвенування та еволюційні відкриття
Секвенування двох видів дводишних риб доповнює аналогічну роботу щодо австралійської дводишної риби (Neoceratodus forsteri), опубліковану три роки тому. Комбіновані послідовності дають нове розуміння того, як ці риби диверсифікувалися та еволюціонували протягом останніх 100 мільйонів років.
Дволегеневі риби названі так тому, що, на відміну від інших видів риб, вони мають одну або дві легені для дихання, що є ключовою рисою для переходу до життя на суші. Ці три лінії – африканська, південноамериканська та австралійська – це все, що залишилося донині. Вони вважаються живими скам’янілостями, і порівняння різних способів, якими вони змінилися з часів появи перших тетраподів близько 390 мільйонів років тому, може допомогти нам зрозуміти важливий поворотний момент в еволюції життя на Землі, включаючи наш власний вид.
“Стрибаючі гени” та роздутий геном
Майєр, його колега біохімік Манфред Шартль з Університету Вюрцбурга в Німеччині та їхня міжнародна команда виявили, що причина такого величезного геному Lepidosiren пов’язана з великою кількістю “стрибаючих генів”, або транспонованих елементів. Ці послідовності можуть копіювати себе та переміщатися по геному, що може завдати шкоди організму, але вони також можуть викликати швидкі генетичні зміни.
Дослідження іншої живої скам’янілості, латимерії, показало, що транспозони могли зіграти значну роль в еволюції тетраподів. Lepidosiren може бути підказкою, чому. За останні 100 мільйонів років кожні 10 мільйонів років геном збільшувався на весь розмір геному людини.
Це, як виявили дослідники, ймовірно тому, що піРНК, тип РНК, який зазвичай пригнічує активність транспозонів, дуже низький у дводишних риб. Тож їхній геном просто роздувся. “І він продовжує зростати”, – каже Майєр. “Ми знайшли докази того, що відповідальні транспозони все ще активні”.
Стабільність та еволюційні підказки
Незважаючи на активність “стрибаючих генів”, дослідники виявили, що геном надзвичайно стабільний, а розташування генів досить консервативне. Це дозволило дослідникам відновити хромосомну архітектуру предків лопастеперих риб не лише для трьох видів, які вони вивчали, але й для предків усіх тетраподів. Це походження було підтверджено дослідженнями, що дало нам більш повний набір інструментів для розуміння нашого власного еволюційного шляху.
Відмінності між видами та майбутні дослідження
Дослідники також змогли підрахувати деякі цікаві відмінності між трьома окремими видами. Австралійські дводишні риби мають лише одну легеню, і вони все ще можуть використовувати свої зябра, а також зберегли плавники, схожі на кінцівки. Африканські та південноамериканські дводишні риби мають атрофовані зябра та пару легенів, а їхні кінцівки перетворилися на ниткоподібні плавці.
Проводячи дослідження з мишами, модифікованими для носіння генів дводишних риб, команда показала, що ця реверсія кінцівок була пов’язана зі змінами в сигнальному шляху під назвою “Шш”, який керує ембріональним розвитком. І попереду ще більше відкриттів.
“Геноми всіх трьох ліній дводишних риб через їх вирішальне філогенетичне положення містять ключ до кращого розуміння того, як молекулярні процеси та процеси розвитку та геномні еволюційні зміни сприяли завоюванню суші та еволюції тетраподів, одного з основних переходів під час еволюції хребетних”, – пишуть дослідники у своїй статті.
“Ресурс геномів на рівні хромосом для всіх живих ліній дводишних риб тепер дозволить проводити подальші дослідження лопастеперих предків тетраподів, які завоювали землю в девоні”.
Читайте також: Живі реліквії: 5 тварин, які пережили динозаврів і продовжують еволюціонувати
