1051
Людина, восьминіг і корал зовні майже не мають спільного, але всередині їхніх клітин хромосоми досі несуть впізнавані фрагменти геному спільного предка, який жив понад 600 мільйонів років тому. Нова робота дослідників з Університету Відня, описана на ресурсі Newswise Science News, показує, як ці фрагменти були перетасовані в різних груп тварин, і виявляє, що геноми еволюціонують уздовж обмеженого набору незворотних «еволюційних трас». Отримані результати створюють важливу основу для збереження тваринного біорізноманіття.
Найбільше порівняння геномів тварин у хромосомному масштабі
Усі сучасні тварини походять від спільного предка, що жив понад 600 мільйонів років тому. Відтоді їхні хромосоми безліч разів зливалися, розпадалися та перебудовувалися. Сьогодні розшифровано тисячі геномів, але більшість із них — це лише «чернетки», які показують набір генів, проте не їх точне розташування на хромосомах.
Для нового дослідження міжнародна команда під керівництвом науковців з Університету Відня вперше порівняла одразу тисячі повноцінних, хромосомно масштабованих геномів. Такі збірки значно складніше отримати, адже потрібно розмістити кожен ген у правильному порядку вздовж усіх хромосом. Лише нещодавно з’явилося достатньо таких даних, щоб провести порівняння в масштабі всього тваринного світу.
Дослідники проаналізували понад 5800 публічно доступних геномів у хромосомному масштабі, що належать 4454 видам із 19 типів тварин. Це найбільше на сьогодні порівняння такого рівня деталізації по всьому «дереву життя» тварин.
Еволюційні «магістралі» замість випадкових змін
Щоб упорядкувати цю величезну різноманітність, команда розробила нову концепцію — еволюційну топологію геному. Вона дозволяє проєктувати будову геномів різних видів на єдину «карту» та порівнювати їх між собою.
Аналіз показав, що геноми не змінюються випадково. Натомість вони рухаються обмеженим набором «еволюційних трас» — шляхів, які можна простежити за сотнями сучасних видів. У різні моменти еволюційної історії їхні геноми ніби «виїжджали» на ці траси або «з’їжджали» з них з різною швидкістю.
За словами Олега Сімакова, професора Університету Відня, розуміння цих правил еволюції дає змогу не лише реконструювати минуле, а й ставити запитання про те, куди може рухатися еволюція геномів далі та які параметри важливі для збереження біорізноманіття.
Керівник основної частини роботи, Даррін Шульц (Darrin Schultz), який виконував дослідження як постдок у Відні, а нині працює в Університеті Лігай, зазначає, що тепер можна «побачити» тисячі геномів на одній карті й простежити унікальні траєкторії, якими змінювалася ДНК різних груп тварин після розходження їхніх еволюційних ліній.
«Злиття зі змішуванням» як незворотний слід у геномі
У центрі виявлених закономірностей — процес, який команда раніше назвала «злиття зі змішуванням». Коли дві хромосоми зливаються, їхні гени перемішуються так, що повернути початковий стан уже неможливо. У геномі залишається постійний «запис» цієї події.
Оскільки такі зміни незворотні, вони стають надійними маркерами спільного походження. Подібні сигнали вже використовували, щоб виявити «сестринську» групу до всіх інших тварин.
Дослідники показали, що відмінності в кількості хромосом у різних груп тварин виникають або через об’єднання давніх хромосом, або через їх розділення. В обох випадках «злиття зі змішуванням» спрямовує еволюційні лінії на дуже різні траєкторії.
Через незворотність цього процесу кожен такий «об’їзд» у геномі розміщує великі групи тварин у відмінних ділянках так званого «простору архітектури геному». З часом одностороннє змішування формує розбіжні шляхи еволюції та залишає слід у широкому наборі генів, включно з тими, що керують розвитком організму.
Нова система координат для біорізноманіття
Еволюційна топологія геному зосереджується не лише на послідовності ДНК, а й на загальній архітектурі геному. Це дає змогу перетворити лавину нових хромосомно масштабованих геномів на спільну систему координат.
Такий підхід може допомогти:
- виділяти незвичні еволюційні лінії для детальнішого вивчення;
- перевіряти, чи пов’язані зміни хромосом із перебудовами регуляції генів, розвитку або рівня біорізноманіття;
- моделювати можливі майбутні напрямки еволюції геномів.
Деякі клади займають на карті унікальні, ізольовані області — наприклад, комарі, скляні губки чи дощові черв’яки. Їхня архітектура геному не має близьких аналогів, тож новий підхід може допомогти вчасно «позначати» такі еволюційно своєрідні групи.
Моделювання можливих майбутніх змін у геномах дає змогу досліджувати, як може змінюватися тваринне біорізноманіття надалі. Автори підкреслюють, що їхні результати створюють важливу наукову основу для стратегій збереження різноманіття тварин на планеті.
Вчені створили карту еволюції тваринних геномів за 5800 зразками з’явилася спочатку на Цікавості.
