Впервые расшифрованы полные геномы акул: ключ к медленной эволюции и уникальным адаптациям
Ученые из Центра динамических исследований биосистем RIKEN (BDR) в Японии впервые полностью расшифровали геномы двух видов акул и улучшили ранее опубликованные последовательности генома китовой акулы. Сравнительный анализ с геномами других позвоночных позволил получить представление об их уникальной биологии и эволюционном пути. Исследование опубликовано в Nature Ecology and Evolution.
Почему это сложно и почему важно
- Геномы акул огромны — даже больше человеческого, что долго затрудняло их секвенирование.
- Акулы обладают уникальными чертами: строение тела, репродуктивная система, сенсорное восприятие и экстремальное долголетие (некоторые виды живут более 300 лет).
- Расшифрованные геномы помогут понять молекулярные основы этих качеств.
Методы и объекты исследования
Команда под руководством Шигехиро Кураку использовала передовые технологии секвенирования ДНК и сравнительной биоинформатики для работы с гигабайтными последовательностями. Были выбраны два вида:
Коричневополосая бамбуковая акула
Пятнистая кошачья акула
Эти виды можно содержать в аквариумах, что облегчает доступ к живым образцам. Также был улучшен сборка генома китовой акулы.
Ключевые открытия
- Большой размер генома объясняется массовыми вставками повторяющихся элементов.
- Медленная эволюция: геномы акул эволюционировали медленно, сохранив многие древние генные репертуары, что делает их "живыми ископаемыми" в геномном смысле.
- Сохранение базовых механизмов: у акул обнаружены аналоги человеческих генов, регулирующих рост, размножение и гомеостаз (например, связанных с ожирением, аппетитом и сном). Это указывает, что элементы молекулярной машинерии базовой физиологии существовали более 450 млн лет назад.
- Адаптация зрения: анализ показал, что родопсин (зрительный пигмент) китовой акулы настроен на восприятие относительно коротких волн (~480 нм), которые проникают вглубь морской воды. Это, вероятно, связано с её уникальным образом жизни — погружениями до 2000 м. У её родственницы, бамбуковой акулы, такой адаптации нет. Открытие сделано с помощью анализа ДНК и работы с синтезированными материалами, без экспериментов на животных.
- Обоняние: у всех трёх изученных видов акул обнаружено относительно мало генов обонятельных рецепторов. Это предполагает, что они в большей степени полагаются на другие системы навигации, например, на восприятие электромагнитных полей.
Значение работы
Как отмечает соавтор Кейичи Сато, заместитель директора аквариума «Окинава Тюрауми», результаты:
- Заполнят давний пробел в геномной биологии животных.
- Помогут лучше понять метаболизм, репродуктивный цикл и мониторинг здоровья акул.
- Внесут вклад в сохранение морской среды и устойчивое содержание акул в аквариумах.