Исследователи используют геномы 241 вида, чтобы переопределить древо жизни млекопитающих
Исследование под руководством учёных из Школы ветеринарной медицины и биомедицинских наук Техасского университета A&M поставило точку в жарких научных дебатах об истории диверсификации млекопитающих в связи с вымиранием нелетающих динозавров. Работа даёт окончательный ответ на вопрос об эволюционной временной шкале млекопитающих за последние 100 миллионов лет.
Исследование, опубликованное в Science, является частью серии статей проекта Zoonomia — консорциума учёных со всего мира, который использует крупнейший в истории набор геномных данных млекопитающих, чтобы определить эволюционную историю человеческого генома в контексте эволюции млекопитающих. Их конечная цель — лучше определить генетическую основу признаков и болезней у людей и других видов.
Исследование под руководством профессора Уильяма Дж. Мерфи и научного сотрудника Николь Фоли из Техасского университета A&M основано на филогении — разделе биологии, изучающем эволюционные связи и диверсификацию живых и вымерших организмов.
«Ключевой спор заключается в том, разошлись ли плацентарные млекопитающие до или после мел-палеогенового (K-Pg) вымирания, которое уничтожило нелетающих динозавров», — пояснила Фоли. — «Проведя новые типы анализов, возможные только благодаря масштабу Zoonomia, мы отвечаем на вопрос, где и когда млекопитающие диверсифицировались и эволюционировали по отношению к массовому K-Pg вымиранию».
Исследование, проведённое совместно с коллегами из Калифорнийского университета в Дэвисе, Калифорнийского университета в Риверсайде и Американского музея естественной истории, пришло к выводу, что млекопитающие начали диверсифицироваться до K-Pg вымирания в результате дрейфа континентов. Ещё один импульс диверсификации произошёл сразу после вымирания динозавров, когда у млекопитающих стало больше пространства, ресурсов и стабильности.
Это ускорение темпов диверсификации привело к богатому разнообразию линий млекопитающих — таких как хищные, приматы и копытные, — которые населяют Землю сегодня.
Исследование Мерфи и Фоли, финансируемое Национальным научным фондом (NSF), является частью проекта Zoonomia, который также сравнивает геномы млекопитающих, чтобы понять основу фенотипов (например, карие vs голубые глаза) и происхождение болезней.
Фоли отметила, что разнообразие плацентарных млекопитающих проявляется как в их физических признаках, так и в необыкновенных способностях: от эхолокации и выработки яда до устойчивости к раку и вирусам.
«Возможность смотреть на общие различия и сходства между видами млекопитающих на генетическом уровне помогает нам выяснить, какие части генома критически важны для регуляции экспрессии генов», — сказала она.
Мерфи подчеркнул, что разрешённая Фоли филогения млекопитающих имеет решающее значение для целей проекта Zoonomia, который направлен на использование сравнительной геномики как инструмента для медицины человека и сохранения биоразнообразия.
«Zoonomia действительно влиятелен, потому что это первый анализ, который одновременно выравнивает 241 разнообразный геном млекопитающих и использует эту информацию для лучшего понимания человеческого генома», — объяснил он.
Определение того, какие части генов можно изменять, не нарушая их функцию, важно для медицины человека. Недавнее исследование в Science Translational Medicine под руководством генетика Техасского университета A&M доктора Скотта Диндота использовало подход сравнительной геномики для разработки молекулярной терапии синдрома Ангельмана — редкого нейрогенетического расстройства, вызванного потерей функции материнского гена UBE3A в мозге.
Команда Диндота использовала те же меры эволюционного ограничения, выявленные проектом Zoonomia, чтобы найти ранее неизвестную генетическую мишень для восстановления экспрессии UBE3A в нейронах человека.
Мерфи заявил, что расширение возможностей сравнения геномов млекопитающих с помощью крупнейшего в истории набора данных поможет разработать больше методов лечения болезней других видов, включая кошек и собак.
«Например, у кошек есть физиологические адаптации, основанные на уникальных мутациях, которые позволяют им потреблять исключительно высокожировую и высокобелковую диету, крайне вредную для людей», — пояснил Мерфи. — «Мы можем выбрать любой вид в качестве референса и определить, какие части его генома могут меняться, а какие — нет».
Филогения Мерфи и Фоли также сыграла ключевую роль во многих последующих статьях проекта. «Это геномика по принципу "сверху вниз"», — объяснила Фоли.
Фоли отметила, что было важно и полезно окончательно ответить на горячо обсуждаемый вопрос о времени происхождения млекопитающих и создать расширенную филогению, которая закладывает основу для работы следующих поколений исследователей.
«Это массивное выравнивание геномов и его историческая запись эволюции генома млекопитающих станут основой для любых сравнительных исследований у млекопитающих», — заключила она.