Новые данные об эволюции хромосом и регуляции яда у змей
Геномы змей содержат ключи к их уникальным и часто экстремальным адаптациям, но их изучение отставало от исследований млекопитающих и птиц.
Группа биологов под руководством Тодда Кастоу из Техасского университета в Арлингтоне впервые создала и проанализировала наиболее полный геном змеи на уровне хромосом — геном прерийного гремучника (Crotalus viridis). Исследование опубликовано в апрельском выпуске журнала Genome Research.
Ключевые открытия
1. Геномная архитектура и эволюция яда
- Использование современных методов секвенирования позволило впервые качественно собрать гены, кодирующие змеиный яд.
- Эти гены эволюционировали через тандемную дупликацию, образуя в геноме дискретные кластеры.
- Многие гены яда расположены на микрохромосомах — небольших хромосомах, плотно упакованных генами, которые отсутствуют у млекопитающих, но есть у птиц и рептилий. Это указывает на фундаментальные различия в структуре и функции геномов позвоночных.
2. Регуляция синтеза яда
- Применение метода Hi-C секвенирования показало, как трёхмерная организация генома обеспечивает точную регуляцию генов яда исключительно в ядовитой железе.
- Гены яда изолированы внутри особых хромосомных структур — топологически ассоциированных доменов (TADs). Эти домены образуют петли в ДНК, что направляет регуляторные механизмы строго к генам яда. Это ранее неизвестный механизм регуляции секреции яда.
3. Половые хромосомы и компенсация дозы
- У гремучника, как и у многих змей, ZW-система определения пола (самцы ZZ, самки ZW).
- Исследование впервые предоставило полную сборку половой хромосомы змеи.
- У змей, в отличие от человека, компенсация дозы генов (выравнивание уровня экспрессии между полами) происходит не на всей Z-хромосоме, а в специфичных её регионах или даже для конкретных генов. Учёные идентифицировали первый генетический механизм, который может лежать в основе этого процесса.
Значение работы
- Это первая сборка генома рептилии на уровне хромосом.
- Качество геномных ресурсов для змей теперь сопоставимо с таковым для классических модельных организмов.
- Исследование подчёркивает важность качественных геномов для «немодельных» видов и открывает новые возможности для понимания уникальных особенностей змей и фундаментальных аспектов биологии генома позвоночных.