Краеугольным камнем исследования, опубликованного в продвинутом онлайн-выпуске журнала Science от 13 декабря 2013 г., является секвенирование, сборка, аннотация и анализ исследователями генома Mnemiopsis leidyi, гребенчатого молочка, произрастающего в прибрежных водах западных районов. Атлантический океан.
Согласно исследованию, данные полногеномного секвенирования показывают, что гребневики разветвлялись от остальных животных до губки, простого животного без сложных типов клеток. Результаты также показывают, что критические типы клеток, такие как нейроны и мышечные клетки, либо терялись несколько раз в процессе эволюции, либо развивались независимо в гребневиках.В течение последних 30 лет исследователи использовали полногеномное секвенирование организмов, чтобы улучшить свое понимание эволюции. Они делают это, сравнивая порядок химических оснований ДНК — 150 миллионов пар оснований для гребешков против 3 миллиардов у людей, которые составляют геном организма.
Хотя данные полногеномного секвенирования доступны для четырех из пяти основных линий животных — губок (Porifera), плоских беспозвоночных (Placozoa), медуз (Cnidaria) и животных с симметрией слева направо, включая человека (Bilateria) — Ctenophora оставалась последней крупной ветвью животных, для которой не было секвенированных геномов.«Получение геномных данных гребневиков имеет решающее значение с точки зрения сравнительной геномики, поскольку позволяет нам определить, какие физические и структурные особенности присутствовали у животных на раннем этапе», — сказал Энди Баксеванис, доктор философии, старший автор исследования и старший научный сотрудник. научный сотрудник отдела внутренних исследований NHGRI. «Эти данные также предоставляют нам бесценное окно для определения порядка событий, которые привели к невероятному разнообразию, которое мы видим в царстве животных».
Гребневые желе обладают мышечными клетками, но анализ генома мнемиопсиса показал, что гребневики лишены подавляющего большинства генов, которые определяют типы мышц у большинства других животных. По словам исследователей, отсутствие такого большого количества мышечных генов говорит о том, что мышечные клетки эволюционировали независимо в гребешках после того, как они отделились от остальных животных. Гребневые желе также обладают простой формой нервной системы, называемой нервной сетью, и их геном содержит многие из генов, участвующих в нервной системе.
Губки также имеют эти гены, что позволяет предположить, что они могли поддерживать нервную систему и, возможно, утратили ее.Результаты исследования позволяют по-новому взглянуть на раннюю эволюцию животных. «Наш анализ генома мнемиопсиса полностью подтверждает предыдущие исследования, предполагающие, что гребневики могут быть сестринской группой по отношению к остальным животным», — сказал Джозеф Райан, доктор философии, ведущий автор и бывший научный сотрудник отдела генетических технологий NHGRI. сейчас находится в Международном центре молекулярной биологии моря им.
Сарса при Бергенском университете, Норвегия. «Имея в руках наши данные полногеномного секвенирования, теперь становится ясно, что типы клеток, из которых состоят мышцы и нервная система, были либо потеряны в некоторых линиях животных, либо, несмотря на сложность этих клеток, они вполне могли развиться в несколько раз. "«Расширение нашего понимания геномов в животном мире важно для понимания эволюционной адаптации на молекулярном, клеточном и организменном уровнях», — сказал Дэниел Кастнер, доктор медицинских наук, научный руководитель NHGRI. «Полногеномная последовательность гребенчатого желе обеспечивает нетрадиционную модель, с помощью которой можно лучше понять новые представления о генах и их функциях, в том числе в нашем собственном геноме».В исследовании участвовали сотрудники Лаборатории морской биологии Уитни Университета Флориды, Сент-Огастин, Флорида; Брауновский университет, Провиденс, штат Род-Айленд; Научно-исследовательский институт аквариума Монтерей-Бэй, Мосс-Лендинг, Калифорния; Университет Райса, Хьюстон; Мичиганский университет, Анн-Арбор; и Центр интрамурального секвенирования NIH (NISC), Роквилл, штат Мэриленд.
«Наше исследование демонстрирует силу сравнительных исследований геномики с эволюционной точки зрения, исследующих взаимодействие геномики и биологии развития», — сказал соавтор Джим Малликин, доктор философии, директор NISC. «Данные, полученные в ходе этого исследования, также обеспечивают прочную основу для будущей работы, которая, несомненно, приведет к новым открытиям, связанным с природой биологии животных».«В более долгосрочной перспективе фундаментальные биологические открытия, сделанные на таких организмах, как мнемиопсис, вполне могут заложить основу для трансляционных исследований, сосредоточенных на конкретных заболеваниях человека», — сказал д-р Баксеванис.