Крупнейшее геномное исследование птиц: новая ветвь древа жизни

Международная команда ученых завершила крупнейшее на сегодняшний день полногеномное исследование одного класса животных. Чтобы построить древо жизни птиц, команда отсеквенировала, собрала и сравнила полные геномы 48 видов птиц, представляющих все основные ветви современных птиц, включая страуса, колибри, ворону, утку, сокола, попугая, журавля, ибиса, дятла и орла. Над этим амбициозным проектом филогенетического древа ученые работали четыре года.

В рамках Avian Phylogenomics Consortium, объединяющего более 200 ученых из 80 институтов в 20 странах, исследователи из LSU опубликовали свои результаты в трех статьях специального выпуска журнала Science.

Роль коллекции LSU Museum of Natural Science

Исследователи LSU предоставили 6 из 48 образцов тканей птиц, чьи геномы были секвенированы. Музей естественных наук LSU хранит одну из крупнейших в мире коллекций замороженных тканей птиц, рептилий, амфибий и млекопитающих. С 1979 года кураторы собирали образцы из неисследованных регионов мира, используя в полевых условиях жидкий азот для мгновенной заморозки.

Разрешение "трудных" ветвей древа жизни

Флагманская статья "Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds" представляет новое, хорошо разрешенное древо жизни птиц на основе полногеномных данных. Проект важен, потому что он проясняет части птичьего древа, которые было особенно сложно разрешить из-за быстрого видообразования ранних птиц.

Для реконструкции древа команда использовала:

• Полногеномные последовательности для вывода видового дерева.
• Анализ ультраконсервативных элементов (UCEs) — высококонсервативных участков генома, разработанный группой LSU. Эти данные дали последовательные результаты для вывода эволюционной истории.
• Данные ископаемых для датировки расхождения видов.

Ключевые выводы исследования

• Эволюционное расширение современных птиц (Neoaves) датируется 66 миллионами лет назад — временем массового вымирания, уничтожившего динозавров.
• Подтверждены три независимых происхождения водоплавающих птиц.
• Общий предок наземных птиц (певчих, попугаев, дятлов, сов, орлов, соколов) был верховным хищником, который также дал начало гигантским "птицам ужаса", некогда обитавшим в Америках.

Сопутствующие исследования

Вторая статья, "Comparative genomics reveals insights into avian genome evolution and adaptation", показывает, что геномное разнообразие птиц коррелирует с адаптацией к разным образа жизни и эволюционным признакам.

Третья статья, "Three crocodilian genomes reveal ancestral patterns of evolution among archosaurs", соавторами которой выступили ученые LSU, использует геномы ближайших живых родственников птиц — крокодилов (американского аллигатора, гребнистого крокодила и гавиала). Исследование показало, что геномы крокодилов — одни из самых медленно эволюционирующих среди позвоночных. Эти геномы также позволили infer (восстановить) последовательность генома общего предка архозавров, включая всех динозавров.

Открытый доступ к данным и будущее

Настройка конвейера для масштабного изучения полных геномов была колоссальной задачей. Avian Genome Consortium выложил полный набор данных в открытый доступ в GigaScience и другие базы данных для дальнейшего анализа.

Следующей грандиозной задачей, по словам руководителя исследования Робба Брамфилда, будет секвенирование геномов всех видов птиц.