Не только люди обладают эластичным геномом. Новый взгляд на виртуальный зоопарк, полный животных, от колибри до летучих мышей и слонов, предполагает, что геномы многих позвоночных обладают одинаковыми свойствами аккордеона.«Я совсем этого не ожидал», — говорит старший автор исследования Седрик Фешотт, доктор философии, профессор генетики человека. «Динамическая природа этих геномов оставалась скрытой из-за замечательного баланса между прибылью и потерей».
Предыдущие исследования показали, что размеры генома сильно различаются у разных видов насекомых или растений, что является верным признаком колебаний. Это первое исследование, в котором сравнивается широкий спектр теплокровных позвоночных, всего 10 млекопитающих и 24 птицы.
Исследование будет опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в течение недели с 6 февраля.Обрезка для взлетаКогда эволюция повторяется, обычно на это есть веская причина.
Для большинства позвоночных не сразу понятно, почему делеции генома и дополнения обычно идут рука об руку. Однако в случае с летающими животными это может быть ключом к разгадке.Набег Фешотта в эту область начался пять лет назад после того, как его исследования выявили парадокс.
Его группа и другие обнаружили, что геномы летучих мышей были усеяны небольшими фрагментами ДНК, называемыми транспозонами, которые вторглись и скопировали себя по всему генетическому материалу летающих млекопитающих. В частности, эта массивная амплификация транспозонов расширила геном вида, называемого микробами, на 460 мегабаз, то есть больше генетического материала, чем у иглобрюхих. Тем не менее, общий размер генома летучей мыши оставался относительно небольшим по сравнению с другими млекопитающими, что позволяет предположить, что, хотя транспозоны добавляли новую ДНК, старая ДНК должна была быть каким-то образом удалена.«Эти данные вызвали вопрос: куда делась старая ДНК?» — говорит Фешотт.
Он полагал, что для того, чтобы сохранить свои геномы в тонусе, эти животные должны были хорошо избавляться от ДНК.Чтобы проверить гипотезу, его команде нужно было количественно оценить то, чего не было, — количество ДНК, потерянное за многие тысячелетия.
Фешотт и ведущий автор исследования Орели Капуста, доктор философии, научный сотрудник в области генетики человека, разработали методы экстраполяции количества исчезнувшей ДНК путем сравнения размеров генома современных животных с размерами генома их общих предков.Как они и подозревали, микробат со временем потерял больше ДНК — в три раза больше — чем он получил с момента своего расхождения с предком-млекопитающим. Двоюродный брат этой летучей мыши, мегабат, еще больше сократил свой геном, потеряв в восемь раз больше, чем было добавлено.
Полученные данные стали первым ключом к пониманию того, что геномы млекопитающих более динамичны, чем считалось ранее. Но более того, эти данные хорошо согласуются с идеей, над которой учёные болтали какое-то время. У летающих животных меньшие по размеру геномы. Одна из причин может заключаться в том, что метаболические затраты на полет с двигателем накладывают ограничение на размер генома.
Действительно, расширение обзора, включив в него небесных соотечественников летучих мышей: дятлов, цапель, колибри и других птиц, показало, что динамика генома двух видов летающих млекопитающих больше похожа на динамику генома птиц, чем млекопитающих, привязанных к суше. В то время как большинство млекопитающих имели тенденцию к равновесию между количествами ДНК, полученными и потерянными в течение длительного периода эволюции, летучие мыши склонялись к выделению ДНК в течение того же периода времени.Биологические факторы, лежащие в основе различий в динамике генома, наблюдаемых у разных видов, вероятно, будут сложными и еще предстоит изучить.
Но вопрос о том, могло ли оптимизация содержания генома позволить летающим животным оторваться от земли, — это интригующее предложение, заслуживающее изучения, — говорит Фешотт.«Если вы посмотрите на небольшие части генома или только на одну временную точку, вы не увидите, как весь ландшафт генома изменился с течением времени», — говорит Капуста. «Вы сможете увидеть гораздо больше, если отойдете на шаг назад и посмотрите на более полную картину».