Картирование геномов крокодиловых

Биолог из Техасского технологического университета возглавил команду из более чем 50 ученых, которые картировали геномы трех представителей отряда крокодиловых.

Благодаря картированию этих геномов ученые смогут лучше понять эволюцию птиц — ближайших ныне живущих родственников зубастых хищников, заявил доцент биологии Дэвид Рэй. Команда завершила работу над геномами настоящего крокодила, аллигатора и гавиала, чтобы составить полный геномный портрет семейства.

Их исследование, в основном финансировавшееся Национальным научным фондом (NSF), будет опубликовано в пятницу, 12 декабря, в рецензируемом журнале Science.

"Одним из главных открытий в нашем случае стало то, что геномы крокодиловых меняются очень медленно по сравнению с птицами", — сказал Рэй. — "Мы сравнили и птиц, и крокодиловых с черепахами, которые являются ближайшими ныне живущими родственниками группы, включающей и птиц, и крокодиловых. Мы обнаружили, что они тоже эволюционировали медленно. Лучшее объяснение этому — общий предок всех трех был 'медленным эволюционером', что, в свою очередь, предполагает, что быстрая эволюция — это нечто, развившееся у птиц независимо".

Исследование началось в 2009 году как попытка картировать всего 1% ДНК крокодиловых. Однако вскоре после старта цена картирования миллиона пар оснований упала с $1000 до $1.

"В первоначальном предложении мы планировали секвенировать около 2,4 миллиона пар оснований от трех видов крокодиловых", — сказал Рэй. — "К тому времени, когда мы получили финансирование, стало ясно, что мы легко можем сделать в тысячу раз больше и можем позволить себе секвенировать целый геном в 3 миллиарда пар оснований".

Рэй пояснил, что когда биологи изучают группу организмов, они ищут то, что делает эту группу уникальной, а также то, что объединяет всех ее членов, но отсутствует у других групп. Лучший способ сделать это — изучить их ближайших родственников.

"Технически, ближайшие родственники птиц — динозавры", — сказал он. — "Поэтому мы можем изучать только их окаменелости, и это может дать лишь ограниченную информацию об их биологии по сравнению с изучением ныне живущих организмов. Мы получаем представление о различиях в поведении, структурах, которые не окаменевают, и, в нашем случае, о строении генома".

Рэй отметил, что он и другие ученые были удивлены, увидев, насколько генетически однородными оказались секвенированные ими аллигаторы. Изначально группа предполагала, что причиной могла быть интенсивная охота на них в течение большей части XX века.

"Поскольку популяция аллигаторов сильно сократилась, мы сначала подумали, что причина может быть в этом", — сказал он. — "Однако мы видим ту же картину у всех трех видов, и вероятность того, что все три подверглись одинаковому генетическому 'бутылочному горлышку', мала. Мы предположили вместо этого, что изменения у крокодиловых просто происходят медленно. Другими словами, генетические различия не уменьшились из-за чрезмерной охоты. Скорее, изменчивость у крокодиловых низкая, потому что изменения в этих геномах просто происходят медленно".

ДНК аллигаторов, крокодилов и гавиалов примерно на 93% идентична по всему геному. Для сравнения, человек делит около 93% своей ДНК с макакой.

"Разница в том, что общий предок человека и макаки жил около 23 миллионов лет назад, в то время как общий предок аллигаторов и крокодилов жил в гораздо более отдаленном прошлом, около 90 миллионов лет назад", — сказал он. — "Это означает, что изменения в геномах приматов происходят примерно в четыре раза быстрее, чем у крокодиловых".

Эд Грин, доцент кафедры биомолекулярной инженерии Калифорнийского университета в Санта-Крузе, работавший над несколькими геномами млекопитающих, включая геном неандертальца, заявил, что не ожидал увидеть таких медленных генетических изменений у этих рептилий.

"Геномы крокодиловых действительно интересны, потому что, кажется, они так мало изменились со временем", — сказал Грин. — "С точки зрения того, кто много знает о геномах млекопитающих, рептилии странны своей статичностью. Крокодилы и аллигаторы особенно статичны".

"Как и большинство геномных проектов, сборка и аннотация — это только начало. В отряде Crocodylia есть увлекательная биология, например, температурно-зависимое определение пола. Самцы и самки крокодиловых генетически идентичны, и нам очень хотелось бы понять, как это работает. Теперь мы также можем начать серьезно изучать геномы общего предка крокодилов и птиц. Об этом существе, называемом архозавром, известно не так много. Но мы можем надеяться многое о нем узнать, реконструировав его геном из ныне живущих геномов его ныне живущих потомков — крокодилов и птиц".