_ Analiza genomică a unui specii de zooplancton pun la îndoială ipotezele despre speciație și reglarea genelor

Când două animale arată la fel, mănâncă la fel, se comportă la fel și trăiesc în medii similare, ne-am putea aștepta să aparțină aceleiași specii.

Cu toate acestea, un zooplancton mic care scutește suprafețele oceanului de particule microscopice de alimente contestă această presupunere. Cercetătorii de la Universitatea Osaka, Universitatea din Barcelona și Institutul de Știință și Tehnologie Okinawa (OIST) au analizat genomul Oikopleura dioica din Marea Interioară Seto, Marea Mediterană și Oceanul Pacific din jurul insulelor Okinawa și, făcând acest lucru, au au ridicat numeroase întrebări despre speciație și rolul locației genelor în genom.

Rezultatele lor au fost publicate în Genome Research. „Oikopleura deschide noi căi în cercetarea genomică”, spune dr. Charles Plessy de la Unitatea de Genomică și Sisteme de Reglementare de la OIST și co-primul autor al lucrării.

„Ca animal model, ne permite de a studia mecanismele pentru modificările genomului în laborator, pe măsură ce acestea se întâmplă la o scară și o viteză foarte mare, ceea ce este o oportunitate enormă.”

Oikopleura dioica este un zooplancton mic care populează suprafața oceanului în întreaga lume și care este folosit ca un organism model în biologia dezvoltării.

Ca cordat, organismul împărtășește trăsături genetice și de dezvoltare cheie cu vertebrate, inclusiv prezența unei notocorde, care este un fascicul nervos central asemănător unui acord, ca un coloana vertebrală, dar fără oase. Mai mult decât atât, genomul său compact, cel mai mic genom animal neparazitar raportat până în prezent, facilitează analiza genomică la scară largă.

Cercetătorii au lucrat la trei linii de Oikopleura dioica prelevate din trei mări ale lumii, dar deși caracteristicile morfologice, comportamentale și ecologice ale liniilor sunt practic aceleași, genomul diferă masiv.

Gândiți-vă la genomul ca la un limbaj comun între toți membrii unei singure specii, stocat în nucleul fiecărei specii. celulă și care conține setul complet de material genetic pentru a face acea specie. Așa cum gramatica determină aranjarea cuvintelor pentru a transmite semnificații specifice, la fel și unitățile de bază de informații din genom - genele - sunt reglate unele în raport cu altele atunci când sunt transcrise și traduse în blocurile fundamentale ale vieții, proteinele. .

Reglarea genelor implică mai mulți factori care influențează activarea sau rata transcripției genelor, cum ar fi alte gene, molecule din celulă, hormoni și mulți alții.

Ce este surprinzător despre Genomul Oikopleura dioica este că limbile celor trei descendențe nu par să se potrivească, în ciuda faptului că au caracteristici fizice aproape identice. Adică, „înțelesul” produs de genele lor este în mare parte același, în timp ce limbile genomice sunt extrem de diferite între ele.

Cercetătorii folosesc termenul de „scrambling” pentru a descrie fenomenul observat la Oikopleura dioica, un termen care își are originea în lingvistică pentru a desemna un fenomen prin care propozițiile sunt formulate folosind o varietate de ordine diferite de cuvinte, fără nicio modificare a sensului.

Deși acest fenomen nu apare în engleză (dar are loc în japoneză și în alte limbi). ), un exemplu în limba engleză ar fi dacă propoziția „the genome of Oikopleura dioica is highly scrambled” ar putea fi rearanjată la „highly scrambled Oikopleura dioica the genome of is” fără o schimbare a sensului. În timp ce rearanjamentele genomice sunt comune tuturor speciilor, iar amestecarea genomului a fost observată la câteva specii de-a lungul unei perioade foarte lungi de timp, Oikopleura dioica depășește ceea ce se credea anterior posibil.

Evoluție cu o viteză vertiginoasă.

Cercetătorii au comparat secvențele genetice ale celor trei descendențe, ceea ce i-a determinat să estimeze că aveau un strămoș comun în urmă cu aproximativ 25 de milioane de ani, descendența din Barcelona și Osaka fiind mai strâns legate decât descendența Okinawa. , divergendu-se cu ~7 milioane de ani în urmă. Pentru comparație, oamenii s-au separat de șoareci cu 75-90 de milioane de ani în urmă.

Din analizele lor filogenetice, cercetătorii au estimat rata rearanjamentelor genomice pentru diferite specii ca o măsură cuantificabilă a cât de repede evoluează. Din aceasta, cercetătorii au descoperit că rata pentru Oikopleura dioica este de peste zece ori mai mare decât speciile comparabile de stropi de mare Ciona.

Așa cum dr. Michael J. Mansfield de la unitate și co-primul autor al studiului Lucrarea spune: „Oikopleura este unul dintre animalele cu cea mai rapidă evoluție din lume. Animalele, în special cordatele, nu își rearanjează în mod normal genomul în această măsură, la această viteză.”

Cu tot acest genom. confuzia care are loc între filiațiile Oikopleura dioica, din perspectivă genomică este încrezător faptul că acestea pot păstra astfel de caracteristici similare.

„Rezultatele noastre sugerează că, deși organizarea genomică este importantă, mai ales pentru ceva atât de complex ca ființele umane, nu ar trebui să uităm genele individuale”, sugerează dr. Plessy. Studierea genelor și a genomului poate oferi două perspective diferite asupra aceluiași fenomen - așa cum explică dr. Mansfield: „Există oameni de știință care studiază anatomia și alții care studiază neuronii individuali – dar ambii răspund la întrebări despre creier.”

Alterarea genomului pune întrebări importante despre evoluție și clasificarea vieții în specii. Pe de o parte, cercetătorii arată că, chiar dacă cele trei linii ale Oikopleura dioica sunt practic identice din punct de vedere morfologic și funcțional, genomul lor este extrem de amestecat, ceea ce ar putea sugera că aparțin unor specii diferite, deși cercetătorii subliniază că intenția lor nu este de a clasifică-le aici. Pe de altă parte, expresia genică amestecată, dar analogă, ar putea avertiza împotriva dependenței excesive de genomică pentru clasificarea speciilor.

Totuși, în cele din urmă, „speciile nu au nevoie de noi. Dacă eliminați oamenii, animalele sunt la fel – nu contează cum le clasificăm”, așa cum o expresie dr. Plessy. În schimb, conceptul de specie este fluid, depinzând dacă este în scopuri de conservare, pentru legislație, ca microbiolog sau zoolog, sau oricare ar fi motivul. „Întrebarea „ce este o specie?” se poate răspunde cu o altă întrebare: de ce întrebați?"

Pentru Dr. Plessy, Dr. Mansfield și colaboratorii lor din întreaga lume, această lucrare este punctul culminant al unui proces îndelungat de cultivare a diferitelor filiații de Oikopleura dioica și dezvoltarea de instrumente bioinformatice capabile să analizeze genomurile lor haotice. Profesorul Nicholas Luscombe, șeful unității de la OIST, este optimist cu privire la potențialul de cercetare al studiului și al animalelor.

„Inițial am presupus că toate Oikopleura ar avea genomi similari, dar am fost uimiți să vedem astfel de diferențe uriașe cu atât de mult amestec între ele. Vrem să folosim Oikopleura pentru a afla mai multe despre natura rearanjamentelor genomice.”

Acesta este doar începutul – cercetătorii sunt departe de a termina studiul enigmaticului zooplancton. „Am învățat deja atât de multe de la Oikopleura, dar încă nu am explorat întreaga amploare a diversității speciilor la scară globală”, spune dr. Plessy.

Dr. Mansfield îl citează pe marele biolog Jacques Monod cu „ceea ce este adevărat pentru E. coli este adevărat pentru elefant” – cu instrumentele dezvoltate pentru acest studiu, echipele își pot îndrepta acum atenția către alte specii. "Am intrat în această gândire că toate Oikopleura dioica sunt la fel, dar am arătat contrariul. Cât de des este valabil pentru alte specii și cât de multe mai trebuie să știm despre mecanismele de amestecare a genomului?"

(Fluierul)