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科學(xué)家測序動物界最大基因組

2024-08-16 13:45:13 來源：科技日報

據(jù)最新一期《自然》雜志報道，德國康斯坦茨大學(xué)和維爾茨堡大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團隊，對動物界最大基因組的擁有者——肺魚進行了基因組測序。肺魚基因組約為人類基因組大小的30倍。測序數(shù)據(jù)有望揭示當今陸地脊椎動物的魚類祖先如何成功登陸的奧秘。

泥盆紀時期(約4.2億至3.6億年前)，一種具有強健胸鰭和肺的肉鰭魚類成功從淺水區(qū)域登陸，并能在海岸線上移動和呼吸，這與現(xiàn)今的陸地脊椎動物相似。這一事件標志著脊椎動物首次在陸地上移動，是進化史上的重要里程碑。所有后續(xù)的陸地脊椎動物，包括兩棲動物、爬行動物、鳥類和哺乳動物(包括人類)，都可追溯至這一魚類祖先。然而，肉鰭魚類為何如此適應(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個譜系的肺魚至今仍存活，分別在非洲、南美洲和澳大利亞。這些古老的“活化石”看起來仍然非常像它們的祖先。

研究人員對這3種譜系的肺魚基因組進行了完整測序。結(jié)果顯示，南美洲肺魚的遺傳物質(zhì)在規(guī)模上打破了所有紀錄：其DNA超過900億個堿基，是已知最大的動物基因組，其大小是之前紀錄保持者——澳大利亞肺魚基因組的兩倍多。

康斯坦茨大學(xué)進化生物學(xué)家阿克塞爾·邁耶說，南美洲肺魚的19條染色體中，有18條的大小均超過了擁有近30億個堿基的人類基因組。隨著時間推移，自主轉(zhuǎn)座子是肺魚基因組膨脹到如此巨大的原因。這些DNA序列會“復(fù)制”，然后改變它們在基因組中的位置，進而導(dǎo)致基因組的增長。

分析表明，南美洲肺魚基因組的擴張速度是目前有記錄以來最快的。在過去的每1000萬年里，其基因組都會增長，增長的量相當于整個人類基因組的大小。而且它還在繼續(xù)增長，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的機制，極端擴張的部分原因在于piRNA豐度極低。這種RNA通常會使轉(zhuǎn)座子沉默。

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

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