20010,0,3500,В исследовании, опубликованном на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи вернулись в прошлое, по крайней мере виртуально, путем компьютерного воссоздания хромосом первого эвтерианского млекопитающего, давно вымершего, похожего на землеройку предка всех плацентарных млекопитающих.«Революция в секвенировании ДНК предоставила нам достаточное количество геномных сборок в масштабе хромосом, чтобы позволить вычислительную реконструкцию предка-эвтериана, а также других ключевых предков по линии, ведущей к современным людям», — сказал Харрис Левин, ведущий автор книги исследования и профессора эволюции и экологии, а также кафедры Роберта и Розабель Осборн в Калифорнийском университете в Дэвисе.«Теперь мы понимаем основные этапы хромосомной эволюции, которые привели к организации генома более половины существующих отрядов млекопитающих.
Эти исследования позволят нам определить роль хромосомных перестроек в формировании новых видов млекопитающих и то, как такие перестройки приводят к в адаптивных изменениях, специфичных для различных клонов млекопитающих », — сказал Левин.Полученные данные также имеют широкое значение для понимания того, как хромосомные перестройки за миллионы лет могут способствовать развитию заболеваний человека, таких как рак.
«Путем лучшего понимания взаимосвязи между эволюционными точками разрыва и точками разрыва рака можно выявить важные молекулярные особенности хромосом, которые приводят к их нестабильности», — сказал Левин. «Наши исследования могут быть расширены до раннего выявления рака путем выявления диагностических хромосомных перестроек у людей и других животных и, возможно, новых целей для персонализированной терапии».Расшифровка хромосомЧтобы воссоздать хромосомы этих древних родственников, команда начала с секвенирования геномов 19 существующих плацентарных млекопитающих — всех их потомков, включая человека, козу, собаку, орангутанга, крупный рогатый скот, мышь и шимпанзе.
Затем исследователи использовали разработанный ими новый алгоритм под названием DESCHRAMBLER. Алгоритм вычислил («расшифровал») наиболее вероятный порядок и ориентацию 2404 фрагментов хромосом, которые были обычными среди геномов 19 плацентарных млекопитающих.«Это самый крупный и всесторонний подобный анализ, выполненный на сегодняшний день, и было показано, что DESCHRAMBLER производит высокоточные реконструкции, используя моделирование данных и сравнивая его с другими инструментами реконструкции», — сказал Цзянь Ма, соавтор исследования и доцент. вычислительной биологии в Университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге.
В дополнение к человеческому предку были реконструированы шесть других наследственных геномов на эволюционном древе человека: бореэвтерий, эуархонтоглиры, обезьяны (приматы), катаррини (обезьяны Старого Света), человекообразные обезьяны и человек-шимпанзе. Реконструкции дают подробную картину различных хромосомных изменений — транслокаций, инверсий, делений и других сложных перестроек, — которые произошли за 105 миллионов лет между первым млекопитающим и Homo sapiens.Темпы эволюции различаются
Одно из открытий состоит в том, что у первого предка-эвтериана, вероятно, было 42 хромосомы, на четыре хромосомы меньше, чем у человека. Исследователи определили 162 хромосомные точки разрыва — места, где хромосома разорвалась, допуская перестройки — между человеческим предком и формированием человека как вида.Темпы эволюции наследственных хромосом сильно различались у разных линий млекопитающих. Но некоторые хромосомы со временем оставались чрезвычайно стабильными.
Например, шесть реконструированных наследственных хромосом эвтерианских предков не показали никаких перестроек в течение почти 100 миллионов лет до появления общего предка человека и шимпанзе.Было обнаружено, что хромосомы орангутана развиваются наиболее медленно из всех приматов и все еще сохраняют восемь хромосом, которые не сильно изменились в отношении ориентации порядка генов по сравнению с их предком-здоровяком. Напротив, линия, ведущая к шимпанзе, имела самый высокий уровень хромосомных перестроек среди приматов.«Когда хромосомы перестраиваются, могут образовываться новые гены и регуляторные элементы, которые изменяют регуляцию экспрессии сотен или более генов.
По крайней мере, некоторые из этих событий могут быть ответственны за основные фенотипические различия, которые мы наблюдаем между отрядами млекопитающих», — сказал Денис. Ларкин, соавтор исследования и читатель по сравнительной геномике в Королевском ветеринарном колледже Лондонского университета.
Было обнаружено, что каждая хромосома трех самых старых предков (эвтерианского, бореэвтерского и эуархонтоглирного) включает более 80 процентов всей длины генома человека — наиболее подробные реконструкции, о которых сообщалось на сегодняшний день. Реконструированные хромосомы последнего общего предка обезьян, катаррини, человекообразных обезьян, человека и шимпанзе включали более 90 процентов последовательности генома человека, обеспечивая структурную основу для понимания эволюции приматов.