Расшифровка геномного разнообразия членистоногих за 500 миллионов лет эволюции
Международная команда ученых сообщает в журнале Genome Biology результаты пилотного проекта по запуску глобальной инициативы по секвенированию тысяч членистоногих. Сравнительный анализ 76 видов, охватывающих 500 миллионов лет эволюции, выявил динамические геномные изменения, указывающие на ключевые факторы их успеха, и открывает новые области для исследований.
Пилотный проект i5k: запуск секвенирования геномов членистоногих
Инициатива i5k по секвенированию и аннотированию геномов 5000 видов насекомых и других членистоногих была запущена в 2011 году. Пилотный проект под руководством Стивена Ричардса в Baylor College of Medicine отобрал 28 разнообразных видов из 787 предложенных сообществом для секвенирования, сборки и аннотации.
Крупномасштабное сравнение геномов множества видов
Комбинируя данные пилотного проекта с ранее секвенированными геномами, исследователи провели сравнительный анализ 76 видов, включая мух, бабочек, жуков, пчел, муравьев, клопов, вшей, тараканов, термитов, стрекоз, ракообразных, многоножек, пауков, клещей и скорпионов. Были проанализированы более миллиона генов членистоногих.
Динамическая эволюция семейств генов — ключ к успеху?
Анализ был сосредоточен на изменениях в содержании и структуре генов за 500 миллионов лет. Наиболее динамично меняющиеся семейства генов кодируют белки, участвующие в пищеварении, химической защите, а также в построении и ремоделинге хитина — основного компонента экзоскелета членистоногих. Адаптивность пищеварительных процессов и механизмов нейтрализации вредных химических веществ, вероятно, способствовала освоению разнообразных экологических ниш.
Инновации через изобретение и перепрофилирование
Вновь возникшие семейства генов отражают функции, важные для разных групп членистоногих: зрительное обучение и поведение, обнаружение феромонов и одорантов, нейронная активность, развитие крыльев. При этом у предка насекомых с полным превращением (метаморфозом) обнаружено мало генетических изменений. Это поддерживает идею, что ключевой переход, вероятно, произошел за счет перестройки существующих генетических сетей, а не появления множества новых генов.
Геномные данные для изучения биологии и эволюции
Детальные исследования отдельных видов i5k уже сосредоточены на таких чертах, как устойчивость к инсектицидам у постельного клопа, горизонтальный перенос генов у усача, взаимодействие паразита и хозяина у овечьего опарыша. Выявленные динамично меняющиеся семейства генов стимулируют новые исследования. Новые ресурсы существенно продвигают создание всеобъемлющего геномного каталога жизни на планете.
Следующие шаги в геномике членистоногих
Более эффективные технологии секвенирования ДНК позволяют запускать новые амбициозные инициативы, такие как Global Ant Genome Alliance, Darwin Tree of Life Project и Earth BioGenome Project (EBP), целью которого является секвенирование всей эукариотической биоразнообразия Земли. Завершение пилотного проекта i5k представляет собой важную веху на пути к этим целям.