Геномный анализ вида зоопланктона ставит под сомнение представления о видообразовании и регуляции генов

Исследователи из Университета Осаки, Барселонского университета и Окинавского института науки и технологий (OIST) проанализировали геном оболочника Oikopleura dioica из Внутреннего Японского моря, Средиземного моря и Тихого океана вокруг островов Окинава. Их результаты, опубликованные в Genome Research, поднимают вопросы о видообразовании и роли расположения генов в геноме.

Oikopleura dioica — крошечный зоопланктон, обитающий в поверхностных водах океана по всему миру и используемый как модельный организм в биологии развития. Как хордовое, оно имеет ключевые генетические и эмбриональные черты с позвоночными, включая наличие хорды. Его компактный геном — самый маленький из известных геномов непаразитических животных.

Геномная Вавилонская башня

Три изученные линии Oikopleura dioica практически идентичны по морфологическим, поведенческим и экологическим характеристикам, но их геномы сильно различаются. Исследователи используют термин «скремблирование» (scrambling) для описания этого явления, при котором порядок генов в геноме радикально перестроен, но конечный «смысл» (продукция белков) остается прежним. Хотя геномные перестройки характерны для всех видов, у O. dioica этот процесс достигает невиданных масштабов.

Эволюция на сверхскорости

Сравнение генетических последовательностей трех линий показало, что их общий предок существовал около 25 миллионов лет назад. Линии из Барселоны и Осаки разделились примерно 7 миллионов лет назад и более родственны друг другу, чем линия с Окинавы. Для сравнения: человек и мышь разошлись 75–90 миллионов лет назад.

Филогенетический анализ позволил оценить скорость геномных перестроек. У Oikopleura dioica эта скорость более чем в десять раз выше, чем у сравнимых видов асцидий Ciona. Как отмечает соавтор работы доктор Майкл Дж. Мэнсфилд, это «одно из самых быстро эволюционирующих животных в мире».

Кто спрашивает?

Массивное скремблирование генома ставит важные вопросы об эволюции и классификации видов. С одной стороны, крайние геномные различия могли бы указывать на принадлежность к разным видам, хотя исследователи подчеркивают, что их цель — не классификация. С другой стороны, сходная экспрессия генов при разном геномном порядке предостерегает от чрезмерной опоры только на геномику при определении видов.

«Видам не нужны мы. Если убрать людей, животные останутся теми же — неважно, как мы их классифицируем», — говорит соавтор доктор Шарль Плесси. Понятие вида изменчиво и зависит от цели: сохранения биоразнообразия, законодательства, точки зрения микробиолога или зоолога.

Перспективы исследований

Эта работа — результат долгого процесса культивирования разных линий O. dioica и разработки биоинформатических инструментов для анализа их хаотичных геномов. Исследователи намерены использовать этот организм, чтобы больше узнать о природе геномных перестроек. «Мы только в начале пути и еще далеки от завершения изучения этого загадочного зоопланктона», — отмечает доктор Плесси.