Новый отчет в журнале Nature раскрывает три из первых геномов из обширного, недостаточно изученного пространства животного мира, в которое входит до четверти морских видов Земли. Публикуя геномы пиявки, обитающего в океане червя и своего рода морскую улитку, называемую лимпе, ученые из Университета Райса, Калифорнийский университет в Беркли и Объединенный институт генома Министерства энергетики (JGI) более чем удвоили количество геномов от разнообразной группы животных, называемых лофотрозозоанами (произносится как LOH-foh-troh-coh-zoh-uhns).
Лофотрозозоанцы – это разнообразная группа животных, которая включает моллюсков – таких как улитки, моллюски и осьминоги – и аннелиды – такие как пиявки и дождевые черви. Подобно людям и всем остальным животным, лофотрозозоанцы могут проследить свою эволюционную историю до самых ранних многоклеточных существ. Но лофотрозозоанская ветвь эволюционного дерева расходилась более 500 миллионов лет назад от отрасли, которая производила людей.
«У большинства животных, включая людей, есть планы тела с двусторонней симметрией, а это означает, что у них есть левая и правая стороны, которые являются зеркальными образами друг друга», – сказал соавтор Николас Путнам, доцент кафедры экологии и эволюционной биологии Райса. «Когда вы смотрите на все виды билатеров, вы можете разделить их на три большие группы, которые биологи называют кладами.
«Лофотрозояны – один из этих кладов, и когда мы смотрели на все геномы, которые были секвенированы, мы обнаружили, что только два были лофотрозоянами», – сказал он. «Это оставило большую дыру в генетической записи, и наша цель в этом исследовании состояла в том, чтобы заполнить некоторые пробелы в этом свободном пространстве».
Секвенирование генома для нового исследования было выполнено в JGI в Уолнат-Крик, Калифорния. Три новых секвенированных вида – Capitella teleta, червь, обитающий в океане; Helobdella robusta, пресноводная пиявка; и Lottia gigantean, крупного морского моллюска.
Совместными исследователями Патнэма были Даниэль Рохсар, как Беркли, так и JGI; Дэвид Вайсблат и Эрик Эдсингер-Гонсалес, оба из Беркли; Элейн Сивер из Гавайского университета; и Олег Симаков из Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге, Германия. Группа Путнэма, в которую входили студент-выпускник Райс Джи Лев и научный программист Пол Хавлак, сосредоточилась на геномном анализе.
«В Райс мы работаем над сравнительной геномикой, – сказал Путнам. «Мы ищем узнаваемое сходство между геномами, и нас интересуют сходства между самими генами, а также между образцами генетической организации. Эти структурные сходства могут многое рассказать об эволюции отдельных генов и функциональных генных групп, таких как хромосомы ».
Почти все опубликованные геномы взяты из наиболее изученных кладов животного мира: дейтеростомы, в которые входят люди и другие позвоночные, и экдизозоанцы, в которые входят насекомые. Только два генома лофотхозояна были ранее нанесены на карту, и оба они предназначены для паразитических червей, которые не являются репрезентативными для большинства видов в кладе, сказал Путнам.
Изучая геномы lophotrochozoan, группа Путнэма разработала новые вычислительные инструменты для изучения и сравнения различий между тремя новыми геномами и сотнями известных геномов, в том числе для людей и изученных модельных организмов, таких как плодовая муха.
Инструменты оптимизировали поиск сходств среди геномов, а также помогли исследователям отслеживать эволюционные изменения, которые происходили в определенных группах генов.
«Используя эти инструменты, мы фокусируемся на части эволюционного дерева, где имели место определенные мутации», – сказал Путнам. «Например, мы можем сказать:« Здесь произошла мутация, которая переместила большой кусок этой хромосомы, и, должно быть, это произошло после того, как лофотрозооаны расходились с дейтеростомами, но до раскола между моллюсками и аннелидами ».
До сих пор группа Путнэма прослеживала 17 «групп предковых связей», больших групп генов, которые по структуре сходны с хромосомами, до последнего общего предка всех двухместных.
«Для нас интереснее найти гены, которые существуют сегодня у разных видов, отслеживая их до одного гена у общего предка, а затем используя шаблоны, которые мы находим, чтобы проверить гипотезы об эволюционных процессах», – сказал Путнам. «Иногда гены сегодня могут по-прежнему иметь одинаковую функцию, но в других случаях они развили совершенно новую функцию».
Путнам сказал, что команда смогла проследить родословную почти половины генов в трех новых геномах, и работа продолжается.
«Эти исследования учат нас важным урокам о себе и о других позвоночных, – сказал Путнам. «Взгляд на животное царство дает нам больше разрешения и ясности в отношении того, что в нашем геноме является новым и что сохранилось у наших древних предков».