科學(xué)家測(cè)序動(dòng)物界最大基因組

2024-08-16 13:45:13 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

據(jù)最新一期《自然》雜志報(bào)道，德國(guó)康斯坦茨大學(xué)和維爾茨堡大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)動(dòng)物界最大基因組的擁有者——肺魚(yú)進(jìn)行了基因組測(cè)序。肺魚(yú)基因組約為人類基因組大小的30倍。測(cè)序數(shù)據(jù)有望揭示當(dāng)今陸地脊椎動(dòng)物的魚(yú)類祖先如何成功登陸的奧秘。

泥盆紀(jì)時(shí)期(約4.2億至3.6億年前)，一種具有強(qiáng)健胸鰭和肺的肉鰭魚(yú)類成功從淺水區(qū)域登陸，并能在海岸線上移動(dòng)和呼吸，這與現(xiàn)今的陸地脊椎動(dòng)物相似。這一事件標(biāo)志著脊椎動(dòng)物首次在陸地上移動(dòng)，是進(jìn)化史上的重要里程碑。所有后續(xù)的陸地脊椎動(dòng)物，包括兩棲動(dòng)物、爬行動(dòng)物、鳥(niǎo)類和哺乳動(dòng)物(包括人類)，都可追溯至這一魚(yú)類祖先。然而，肉鰭魚(yú)類為何如此適應(yīng)陸地環(huán)境仍是未解之謎。

為了找到答案，研究人員分析了泥盆紀(jì)祖先的現(xiàn)存最近親屬的遺傳物質(zhì)。這些最近親屬中，只有3個(gè)譜系的肺魚(yú)至今仍存活，分別在非洲、南美洲和澳大利亞。這些古老的“活化石”看起來(lái)仍然非常像它們的祖先。

研究人員對(duì)這3種譜系的肺魚(yú)基因組進(jìn)行了完整測(cè)序。結(jié)果顯示，南美洲肺魚(yú)的遺傳物質(zhì)在規(guī)模上打破了所有紀(jì)錄：其DNA超過(guò)900億個(gè)堿基，是已知最大的動(dòng)物基因組，其大小是之前紀(jì)錄保持者——澳大利亞肺魚(yú)基因組的兩倍多。

康斯坦茨大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家阿克塞爾·邁耶說(shuō)，南美洲肺魚(yú)的19條染色體中，有18條的大小均超過(guò)了擁有近30億個(gè)堿基的人類基因組。隨著時(shí)間推移，自主轉(zhuǎn)座子是肺魚(yú)基因組膨脹到如此巨大的原因。這些DNA序列會(huì)“復(fù)制”，然后改變它們?cè)诨蚪M中的位置，進(jìn)而導(dǎo)致基因組的增長(zhǎng)。

分析表明，南美洲肺魚(yú)基因組的擴(kuò)張速度是目前有記錄以來(lái)最快的。在過(guò)去的每1000萬(wàn)年里，其基因組都會(huì)增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的量相當(dāng)于整個(gè)人類基因組的大小。而且它還在繼續(xù)增長(zhǎng)，有證據(jù)表明造成這一現(xiàn)象的轉(zhuǎn)座子仍處于活躍狀態(tài)。

研究人員確定了這一巨大基因組增長(zhǎng)的機(jī)制，極端擴(kuò)張的部分原因在于piRNA豐度極低。這種RNA通常會(huì)使轉(zhuǎn)座子沉默。

研究還發(fā)現(xiàn)，肺魚(yú)鰭的進(jìn)化與Shh信號(hào)通路的變化有關(guān)，這一發(fā)現(xiàn)為硬骨魚(yú)的輻鰭與陸地脊椎動(dòng)物手指之間的進(jìn)化聯(lián)系提供了額外證據(jù)，并有望揭示脊椎動(dòng)物是如何從海洋登上陸地的。

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