Расшифрован первый геном миксин — последней крупной группы позвоночных без референсного генома
Международная команда из более чем 40 авторов из семи стран под руководством исследователя Университета Малаги Хуана Паскуаля Анайи впервые секвенировала геном миксин (hagfish) — единственной крупной группы позвоночных, для которой до сих пор не было референсного генома ни одного вида.
Исследование, опубликованное в Nature Ecology & Evolution, позволило расшифровать эволюционную историю дупликаций (удвоений) генома, произошедших у предков позвоночных, включая человека.
«Эта работа помогает понять изменения в геноме, которые сопровождали происхождение позвоночных и их уникальных структур, таких как сложный мозг, челюсти и конечности», — объясняет Хуан Паскуаль Анайя.
Проект, занявший почти десятилетие, объединил более 30 институтов из Испании, Великобритании, Японии, Китая, Италии, Норвегии и США, включая Университет Токио, институт RIKEN, Китайскую академию наук и Центр геномной регуляции в Барселоне.
Экологическая роль и сложность генома
Миксины обитают в глубоководных районах океана. Они известны большим количеством слизи, выделяемой при угрозе (это направление изучают косметические компании), и ролью экологического звена на морском дне (падальщики, устраняющие, среди прочего, трупы китов).
Их геном не секвенировали ранее из-за сложности: он состоит из множества микрохромосом, содержащих повторяющиеся последовательности. Также была проблема с доступом к биологическому материалу.
«Эти микрохромосомы теряются в процессе развития животного, так что полный геном сохраняется только в половых органах», — отмечает Паскуаль Анайя.
Дупликации генома и эволюция позвоночных
Учёные секвенировали геном вида Eptatretus burgeri, обитающего в Тихом океане у побережья Восточной Азии. Они сгенерировали данные, в 400 раз превышающие размер его генома, используя передовые методы хромосомной близости (Hi-C), и собрали геном на уровне хромосом.
Это позволило сравнить порядок генов у миксин с другими позвоночными (акулами, людьми) и решить один из важных вопросов геномной эволюции: количество и время дупликаций генома у разных линий позвоночных.
Результаты показывают:
- Общий предок всех позвоночных произошёл от вида, чей геном полностью удвоился один раз.
- Затем линии, ведущие к современным челюстным (включая людей) и бесчелюстным (миксины, миноги) позвоночным, разделились.
- Каждая линия независимо умножила свой геном: челюстные удвоили его, а бесчелюстные утроили.
Эволюционные последствия
Исследование дополнили:
- Анализ функциональности генома на основе крайне редких образцов эмбрионов миксин (лаборатория профессора RIKEN Шигеру Куратани).
- Изучение возможного влияния дупликаций генома на каждого позвоночного (совместно с профессором Бристольского университета Филлом Доногью).
Работа даёт представление о геномных событиях, которые, вероятно, привели к появлению ключевых признаков позвоночных: сложной структуры мозга, сенсорных органов, клеток нервного гребня и, среди прочего, увеличения регуляторной сложности (большего числа «переключателей», включающих и выключающих гены).