Многочисленная группа генетических ученых упорядочила и проанализировала полный геном акулы слона (Callorhinchus milii).Акула слона, Callorhinchus milii. Кредит изображения: Fir0002 / Flagstaffotos, через Макса-Планка-Гезеллшафта.Их исследование, опубликованное в журнале Nature, является первым анализом целого генома хрящевой рыбы.
Хрящевые рыбы включают акул, лучи и коньки. Вместе с костистой рыбой, птицами, рептилиями, амфибиями и млекопитающими, они составляют отделение губочных позвоночных животных на родословной жизни.Акула слона, также известная как австралийский ghostshark или elephantfish, является любопытно выглядящей рыбой с мордой, которая напоминает конец туши слона.
Среди хрящевых рыб акула слона была отобрана для того, чтобы упорядочить из-за ее компактного генома, который является одной третью размер генома человека. Акула живет в водах от южного побережья Австралии и Новой Зеландии, на глубинах 200 – 500 м, и использует свою морду, чтобы вырыть для ракообразных у основания дна океана.Сравнивая геном этого вида акул с человеком и другие позвоночные геномы, команда показала, почему скелет акул хрящевой.
Результаты также имеют важные последствия для понимания костных заболеваний, таких как остеопороз и для развития более эффективных методов лечения, чтобы рассматривать эти условия. Результаты, связанные с иммунной системой акулы слона, обеспечивают новые возможности для изучения адаптивной неприкосновенности в людях и для формулировки новых стратегий точно настроить иммунную реакцию.
“У нас теперь есть генетический проект разновидности, которую считают критической изолированной частью для понимания эволюции и разнообразия костистых позвоночных животных, включая людей”, сказал ведущий автор Уэсли Уоррен, доктор философии, преподаватель научного сотрудника генетики в Институте Генома в Вашингтонской Университетской Медицинской школе.“Хотя хрящевые позвоночные животные и костистые позвоночные животные отличались приблизительно 450 миллионов лет назад с геномом акулы слона в руке, мы можем начать определять ключевую генетическую адаптацию в эволюционном дереве”.
Геном акулы слона относительно маленький, состоя из немного меньше чем миллиарда пар оснований ДНК по сравнению с 3 миллиардами пар оснований в людях.Но эта запасная последовательность привела к некоторым интригующим деталям. Например, акула слона испытывает недостаток в генах спрятавших фосфопротеинов, которые могут объяснить, почему их хрящ не преобразован в кость как у других губочных позвоночных животных.Они также испытывают недостаток в генах нескольких ключевых клеток иммунной системы и рецепторов белка в адаптивной иммунной системе.
Это открытие может предположить, что адаптивная иммунная система у губочных позвоночных животных постепенно становилась более тщательно продуманной со временем.“Одна из наиболее достойных внимания особенностей генома акулы слона – свой невероятно медленный темп эволюции. Еще медленнее, чем в ‘живущих окаменелостях’, таких как целакант, геном акулы слона не изменился существенно за сотни миллионов лет”, сказал соавтор исследования доктор Скотт Рой из Университета штата в Сан-Франциско.Этот медленный темп эволюции был раскрыт частично анализом интронов генома (часть генетической последовательности, которая прерывает гены и должна быть соединена, прежде чем ген может быть выражен).
У позвоночных животных эти интроны могут быть тысячами писем о ДНК долго и должны включать их собственные инструкции по соединению.Было очень немного изменений интрона в геноме акулы слона, но это не совершенно удивительно.“Это вполне прилично установлено у позвоночных животных, что очень мало этой потери интрона и создания происходит. Это было бы редкое и странное физическое явление для этого много нуклеотидов, чтобы точно появиться или исчезнуть в геноме.
У этого вряд ли будет это большое из изменения точно и внезапно”, сказал доктор Рой.Геном акулы слона помогает подтвердить, что отсутствие потери интрона и выгоды – общая характеристика позвоночных животных. В близких бесхарактерных родственниках, таких как tunicates (которые включают морских животных, таких как асцидии), темп эволюции интрона намного быстрее.“Поскольку позвоночные интроны очень длинны, это может сделать его тяжелее, чтобы создать и удалить их.
В некотором tunicates интроны – приблизительно 40 нуклеотидов долго, и это просто может облегчить для них приходить и уходить со временем”, объяснил доктор Рой.Время между поколениями также имеет тенденцию быть намного более быстрым у беспозвоночных, чем позвоночные животные, которые могут увеличить возможность для мутаций, чтобы накопиться в бесхарактерных геномах.Эти медленно изменяющиеся интроны также помогли команде разъяснить отношения между хрящевой рыбой и другими губочными позвоночными животными. Эти отношения могут быть определены, сравнив последовательности генов между организмами, и интроны могут быть особенно полезными в этом анализе.
“Поскольку вещи изменяются так медленно с интронами, шанс, что две разновидности разделят изменение, вероятно, будет очень маленьким, если они не будут тесно связаны”, сказал доктор Рой.Исследователи нашли очень четкий сигнал, что костистая рыба и другие костистые позвоночные животные включая млекопитающих все более тесно связаны друг с другом, чем любая группа хрящевым рыбам.