nowe badania ujawniają Dzikie ewolucyjne pochodzenie dziobaka

większość ludzi prawdopodobnie niewiele myśli o dziobaku — jeśli w ogóle.

ale ten dziwny Australijski ssak, ze swymi pajęczynami i bobrowatym ogonem, jest w rzeczywistości skarbnicą informacji genetycznej.

dziobak (Ornithorhynchus anatinus) jest częścią wyjątkowej grupy ssaków znanej jako monotremy. Grupa ta obejmuje również echidnas (pomyśl Knuckles z Sonic the Hedgehog ale prawdziwe). Są jedyną grupą ssaków składających jaja. Jako takie, monotremy są głównym kandydatem do badania ewolucji ssaków.

badania opublikowane w środę w czasopiśmie Nature po raz pierwszy dostarczają kompletnego przeglądu genomu dziobaka, ujawniając nowe informacje na temat ewolucji tej dziwnej grupy ssaków — i wgląd w pochodzenie ludzkiego DNA.

echidna
echidna chodząca w nadmorskim obszarze dziczy w Wiktorii w Australii. Echidna, wraz z dziobakiem, tworzą unikalną grupę ssaków zwanych monotremami.Getty

niezbędne tło — trzy główne grupy ssaków to: monotremy, euteriany i torbacze.

najliczniejszą grupą są euterianki, do których należą zwierzęta, które wychowują swoje młode w łożysku matki (w związku z tym infraklasa jest czasami określana jako „łożyskowce”). Ludzie pasują do tej kategorii.

torbacze i euteryty są często łączone w podklasę znaną jako Ssaki teriańskie, ale monotremy są tak różne od innych ssaków, że zasługują na osobną kategorię.

do Monotremów należą tylko dwa zwierzęta, które przetrwały do dziś: dziobak i echidna.

dziobaki są stworzeniami pół-wodnymi, a Echidny są mieszkańcami lądu. Obie mają wspólny zwyczaj, unikalny dla monotremów: składanie jaj.

co zostało odkryte — po raz pierwszy nowe badania zapewniają kompletną mapę chromosomów genomu dziobaka, wraz z mniej kompletną mapą genomu echidna.

naukowcy wykorzystali dane genetyczne do analizy wszystkiego, od nawyków żywieniowych dziobaka po rutynę pływania. Na przykład naukowcy odkryli, że dziobak na bazie wody posiada znacznie mniej genów „węchowych” lub zapachowych w porównaniu z ziemską echidną.

te dane genetyczne potwierdzają pół-wodny tryb życia dziobaka, który zamyka jamę nosową i oczy w wodzie, polegając zamiast tego na innych zmysłach — takich jak bodźce elektryczne — w celu wykrycia zdobyczy.

ale biorąc pod uwagę unikalną strategię reprodukcyjną monotremu, naukowcy skoncentrowali się szczególnie na jego unikalnych chromosomach płciowych. Monotrema posiada 10 chromosomów płciowych: pięć chromosomów X i pięć chromosomów Y. Tymczasem ludzie mają dwa chromosomy płciowe.

dzięki swojej analizie naukowcy odkryli podobieństwa między dziobakiem a ptakami, ale nie tak bardzo między dziobakiem a ludźmi.

dziobak w Australii. Getty

Guojie Zhang, autor badań i profesor na Wydziale Biologii Uniwersytetu w Kopenhadze, mówi odwrotnie: „z sekwencjonowania genomu wynika, że te 10 chromosomów płci nie ma żadnego homologa z chromosomami X / Y u człowieka, ale są one bardziej podobne do chromosomu ZW ptaków w strukturze sekwencjonowania genomu.”

złożone chromosomy płciowe w monotremach wykazują niezwykłe interakcje podczas i po mejozie, która jest rodzajem podziału komórek.

” podczas procesu mejozy regiony homologiczne pary chromosomów mogą się do siebie dopasować. Dlatego chromosomy płci dziobaka mogą tworzyć strukturę pierścieniową podczas procesu mejozy”, mówi Zhang.

ta struktura pierścienia jest chyba najbardziej intrygującym odkryciem badania. Ten typ pierścienia chromosomowego został znaleziony u roślin, ale nigdy wcześniej u zwierząt, co czyni go przełomowym odkryciem.

w badaniu porównano również geny dziobaka z innymi genami zwierzęcymi — od diabłów tasmańskich po ludzi — w celu skonstruowania obrazu chromosomu starożytnych ssaków, znanego również jako kariotyp.

obraz z badania wskazujący na klastry genetyczne różnych typów zwierząt.

korzystając z tych gatunków, mogli zrozumieć, jak geny dziobaka różnią się od ich starożytnych poprzedników ssaków i jak współczesny dziobak posiadał pięć różnych chromosomów X. Udało im się również prześledzić ostatniego wspólnego przodka człowieka i dziobaka, który miał miejsce 163-191 milionów lat temu.

ale co jeszcze fajniejsze: badając chromosomy dziobaka, naukowcy byli w stanie lepiej zrozumieć pochodzenie naszego ludzkiego DNA.

badanie stwierdza, że naukowcy „potwierdzili, że chromosom X u ludzi pochodzi z fuzji oryginalnego chromosomu X therian z regionem autosomalnym po oddzieleniu od torbaczy.”

Dlaczego to ma znaczenie — bez pełnej mapy chromosomów zwierzęcia trudno jest w pełni zrozumieć jego ewolucję. Dlatego analiza genomiczna tej małej, mało zrozumiałej grupy ssaków jest tak cenna dla środowiska naukowego.

według badań Mapa opracowana dla dziobaka i Echidny „pozwala nam wnioskować o zmianach genomicznych, które zaszły u monotremów przodków i innych ssaków.”

innymi słowy: patrząc na DNA dziobaka, możemy dowiedzieć się więcej o zmianach genetycznych, które zaszły u starożytnych ssaków, pomagając nam lepiej zrozumieć ewolucję żywych zwierząt dzisiaj.

na przykład badanie wykazało, że „rodziny genów związane z odpowiedzią immunologiczną i wzrostem włosów zostały znacznie rozszerzone u przodków ssaków, być może przyczyniając się do ewolucji adaptacji immunologicznej i futra odpowiednio u ssaków.”

badania szczególnie poszerzają nasze zrozumienie procesów rozrodczych ssaków. Monotremy służą jako interesujący punkt przejściowy między jajowatymi (składającymi jaja) gadami a żywymi zwierzętami-takimi jak ludzie — które wyrastają w ciele embrion.

badanie stwierdza:

„Monotremy stanowią klucz do zrozumienia, jak ewoluowała wiwiparność u ssaków.”

na przykład badania wykazały, że dziobak zawiera mniej kopii białka produkującego jaja, zwanego witellogeniną, niż Gady, co oznacza, że nie są one tak zależne od tych białek do składania jaj. Ale istnienie tego genu może wyjaśnić, dlaczego dziobak składa jaja w pierwszej kolejności.

„na przykład ptaki mają trzy kopie genu witellogeniny. Podczas gdy u innych ssaków teriańskich (takich jak ludzie) nie mamy żadnego genu witellogeniny”, mówi Zhang. „Ale monotrema nadal ma jedną kopię genu witellogeniny, która zachowuje tę samą funkcję u ptaków. To może wyjaśniać, dlaczego nadal mogą produkować jaja.”

” nasze odkrycia będą bardzo interesujące dla tych osób, które chciałyby zbadać układy rozrodcze w monotremach, a także organizację chromosomu płci podczas procesu mejozy”, dodaje Zhang.

obraz mejozy. Naukowcy odkryli, że chromosomy płci dziobaka mają niezwykłe interakcje podczas mejoisis.Getty

co dalej — jak przyznają naukowcy, jest jeszcze wiele, czego nie wiemy o tych ssakach składających jaja.

„Niestety, pozostaje tajemnicą, dlaczego mają tak wiele chromosomów płci”, mówi Zhang.

ale dzięki tak wyraźnemu składowi genetycznemu monotremów, badanie to stanowi nowy i ekscytujący krok naprzód w świecie badań nad ssakami.

„dzięki pełnemu genomowi wysokiej jakości w skali chromosomów, możemy pozwolić nam zbadać funkcje niekodującego sekwencjonowania genomowego, które są ważne dla ewolucji wszystkich ssaków”, mówi Zhang.

Streszczenie: Ssaki składające jaja (monotremy) są jedyną istniejącą grupą ssaków poza terianami (torbacze i zwierzęta euteriańskie) i dostarczają kluczowych informacji na temat ewolucji ssaków. Tutaj generujemy i analizujemy genomy referencyjne dziobaka (ornithorhynchus anatinus) i Echidny (Tachyglossus aculeatus), które reprezentują jedyne dwie istniejące linie monotreme. Prawie kompletny zespół genomu dziobaka zakotwiczył prawie cały genom na chromosomach, znacznie poprawiając ciągłość genomu i adnotację genów. Wraz z sekwencją echidna, genomy obu gatunków pozwalają nam wykryć zmiany genomowe specyficzne dla przodków i linii, które kształtują zarówno ewolucję monotremu, jak i ewolucji ssaków. Dostarczamy dowodów, że kompleks chromosomów płciowych monotreme pochodzi z konfiguracji pierścienia chromosomów przodków. Tworzenie takiego unikalnego kompleksu chromosomowego mogło być ułatwione przez niezwykle rozległe interakcje między chromosomami multi-X i multi-y, które są wspólne dla autosomalnych homologów u ludzi. Dalsze porównawcze analizy genomu odkrywają wyraźne różnice między monotremami i terianami w genach haptoglobiny, genach laktacji i genach receptorów chemosensorycznych dla zapachu i smaku, które leżą u podstaw ekologicznej adaptacji monotremów.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.