Расшифрован геном знаменитого дарвиновского вьюрка в рамках международного проекта Genome 10K

Учёные секвенировали геном одного из знаменитых галапагосских вьюрков, впервые описанных Чарльзом Дарвином. Геном среднего земляного вьюрка (Geospiza fortis) стал одним из первых из запланированных 100 геномов видов позвоночных, которые будут секвенированы и опубликованы в рамках международного сотрудничества между проектом Genome 10K и BGI.

По словам доцента Университета Дьюка Эриха Джарвиса, изучающего нейробиологию вокального обучения у певчих птиц, этот геном, первый из сотрудничества BGI-Genome 10K, доступный через браузер генома UCSC, представляет собой как научный, так и символический прогресс.

Научное и символическое значение

«Научный прогресс заключается в том, что это позволит нам исследовать геномы группы близкородственных видов со значительным разнообразием в островной популяции, что потенциально поможет лучше понять генетику эволюции признаков», — сказал Джарвис.

Он добавил: «Это символично, потому что именно разнообразие фенотипов у этих вьюрков способствовало формированию теории эволюции Дарвина».

Этот вид, эндемичный для сухих лесов и кустарниковых зарослей Галапагосских островов, быстро эволюционирует в ответ на изменения окружающей среды.

Модель для изучения эволюции в реальном времени

Ассоциированный директор по исследованиям BGI Гоцзе Чжан отметил: «Наличие референсного генома этого вида открыло двери для проведения исследований, которые могут изучать эволюционные изменения в реальном времени на геномном уровне для всех этих загадочных видов».

Изучение вокального обучения и диалектов

Джарвис заявил, что этот новый геном поможет понять эволюцию вокального обучения: «Доступность генома Geospiza fortis позволит нам подтвердить находки, пока обнаруженные только в геноме зебрового амадина». Речь идёт о генах с позитивно отобранными мутациями, связанными со способностью к вокальному обучению у вьюрков, а также с поведением, необходимым для разговорной речи у людей.

Средний земляной вьюрок имеет несколько типов песен, в отличие от зебрового амадина, у которого песня более стереотипна. Эта разница, как ожидается, находится под генетическим контролем.

Исследователи записывали песни Geospiza в течение последних 40 лет. Эти записи выявляют диалектные паттерны, которые теперь можно связать с геномом, секвенируя геномы дополнительных особей из ныне живущих и прошлых популяций. «Как и человеческая разговорная речь, диалекты песен Geospiza стабильны на протяжении многих поколений, но могут меняться с эмиграцией».

Помощь в сохранении вида и открытый доступ к данным

Помимо изучения видообразования, геномные данные могут помочь в природоохранных усилиях. «Они также служат основой для популяционных исследований, которые помогут в сохранении этих знаменитых вьюрков», — сказал Чжан.

Геном среднего земляного вьюрка, размер которого составляет почти треть человеческого генома, был секвенирован от одной самки. Высококачественный черновик был получен с использованием данных покрытия 115X на системе секвенирования Illumina HiSeq. С помощью данных транскриптома BGI смогли аннотировать 16 286 белков-кодирующих генов в этом геноме.

Чтобы обеспечить максимально быстрый доступ и использование этих данных, геном был открыто опубликован не только в браузере UCSC Genome Browser, но и в базе данных журнала GigaScience — GigaDB, под лицензией CC0, накладывающей минимальные ограничения на использование данных.

Контекст и перспективы

Стивен О’Брайен, сооснователь Genome 10K, заявил: «Секвенирование генома дарвиновских вьюрков положит начало разгадке эволюционных загадок, которые озадачивали биологов целое столетие».

Оливер Райдер, директор по геномике зоопарка Сан-Диего, отметил: «Наличие этой высококачественной сборки генома, произведённой BGI, будет способствовать сохранению биоразнообразия Земли — заветной цели Genome10K».