Геном двоякодышащих рыб раскрывает секреты выхода позвоночных на сушу

Международный консорциум под руководством эволюционного биолога профессора Акселя Мейера из Университета Констанца полностью секвенировал геном австралийского рогозуба (Neoceratodus forsteri). Этот геном, размером более 43 миллиардов пар нуклеотидов, почти в 14 раз больше человеческого и является крупнейшим из когда-либо секвенированных геномов животных. Его анализ, опубликованный в журнале Nature, проливает свет на генетические инновации, позволившие рыбам колонизировать сушу около 420 миллионов лет назад в девонском периоде.

Австралийский рогозуб, открытый 150 лет назад, считается «живым ископаемым» и является ближайшим живым родственником рыб для наземных позвоночных (тетрапод), включая человека. Он принадлежит к немногочисленной выжившей линии лопастепёрых рыб (Sarcopterygii), одна из вымерших ветвей которых дала начало всем амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим.

Эволюционные инновации для жизни на суше

Секвенирование гигантского генома подтвердило ключевую эволюционную позицию двоякодышащих как ближайших родственников тетрапод, показав их более близкое родство с наземными позвоночными, чем у латимерии.

Анализ выявил геномные преадаптации к наземной жизни:

• Дыхание: Гены, контролирующие эмбриональное развитие лёгких у человека, выполняют ту же функцию у рогозуба, указывая на общее эволюционное происхождение лёгких.
• Обоняние: Генные семейства, отвечающие за восприятие запахов в воздухе, значительно расширились.
• Конечности: Архитектура плавников рогозуба, контролируемая генами hox-c13 и sal1, сравнима с эмбриологией человеческих рук. В плавнике уже заложена основа для будущих пальцев, локтевой и лучевой костей.

Уникальный, но консервативный геном

Несмотря на колоссальный размер, организация генов на хромосомах рогозуба эволюционно консервативна. Это позволило реконструировать состояние первичного хромосомного набора «Ur-позвоночного». Некоторые отдельные хромосомы рогозуба по размеру сопоставимы со всем человеческим геномом (23 хромосомы).

Огромный размер генома на 90% обусловлен мобильными генетическими элементами (например, LINE-элементами), которые дублировались в две волны в ходе эволюции. По составу этих элементов рогозуб уже больше напоминает наземных позвоночных, чем рыб.