» » Прочтен геном многоножек

Прочтен геном многоножек


Прочтен геном многоножек

Рис. 1. Strigamia maritima обитает на верхней литорали (зона заплеска и выше), живет под камнями или зарывается в грунт. Геном стригамии — первый расшифрованный геном всей группы (класса или надкласса) многоножек. Фото с сайта marinespecies.org


Многоножки — сегментированные животные с членистыми конечностями, освоившие сушу независимо от хелицеровых и насекомых. Они служат хорошей базой для проверки различных концепций об адаптациях к наземной жизни, о строении — морфологическом и генетическом — предков мандибулят и членистоногих, об их эволюционных преобразованиях. Всё это стало возможным благодаря расшифровке генома многоножек: такие данные теперь появились в научном обиходе в результате работы большого международного коллектива специалистов. Так, в организации генома многоножек выявлены черты, характерные для общего предка членистоногих, утерянные насекомыми и ракообразными.

В настоящее время схема ветвления филогенетического дерева членистоногих и их родичей представляется примерно так, как показано на рис. 2. В эту схему, конечно, следует еще включить трилобитов и других ранних членистоногих, которые ответвились от общего ствола где-то между предком настоящих членистоногих и предком паукообразных. Но, к сожалению, они вымерли, и их геном невозможно прочитать. Но вот геномы других участников, добежавших до конца эволюционных дорожек, прочитать и полезно, и интересно. Первым был прочитан геном насекомых, которых представляла всем известная мушка дрозофила. Затем появились в научном обиходе геномы ракообразных (например, дафний) и паукообразных. Также известны геномы тихоходок (и нематод), присутствующих на этой схеме в виде ветки “Other ecdysozoans”. Так что из всех ныне существующих ветвей членистоногих нет только генома многоножек. Но теперь, стараниями участников большого коллектива генетиков и молекулярных биологов под руководством Стивена Ричардса (Stephen Richards, Бэйлорский медицинский колледж) и Майкла Эйкама (Michael Akam, отделение зоологии Кембриджского университета), этот пробел ликвидирован. В журнале PLOS Biology опубликованы результаты прочтения генома многоножки Strigamia maritima (рис. 1). Имея эти данные, можно уточнить, каков был общий предок всех мандибулят, и узнать побольше о происхождении членистоногих.


Прочтен геном многоножек

Рис. 2. Приблизительная схема ветвления филогенетического древа членистоногих (более подробно см. новость Членистоногие подтверждают реальность кембрийского взрыва, «Элементы», 17.11.2013). Жирным шрифтом выделены четыре общепринятых класса членистоногих (Arthropoda): Insecta — насекомые, Crustacea — ракообразные, Myriapoda — многоножки, Chelicerata — хелицеровые. Схема из обсуждаемой статьи в PLOS Biology.


Многоножки — это сегментированные животные с членистыми ножками (их может быть от 30 до 400) и парой несложных глаз; они бывают вегетарианцы и хищники, пресноводные и наземные. Их геном, как выяснилось, состоит из 290 миллионов пар оснований, из них более 100 миллионов пар оснований составляют повторы. Из оставшихся вычленяются последовательности 15 тысяч генов, из них около тысячи — с известными функциями. Ученые подчеркивают две важных особенности в организации генома многоножки. Во-первых, многие гены, утерянные насекомыми и ракообразными в ходе эволюции, найдены среди генов многоножки. Во-вторых, обращает на себя внимание группировка генов: в ней сохраняется порядок, наиболее близкий к реконструированному геному предка членистоногих. Эта консервативность генома, вполне возможно, отражается и в известном консерватизме морфологии этой группы. Облик многоножек остался почти без изменений с силурийского времени (рис. 3).


Прочтен геном многоножек

Рис. 3. Одна из древнейших из известных многоножек Casiogrammus ichthyeros, ее отпечатки найдены в отложениях позднего силура в Шотландии (возраст 418 млн лет; известны ископаемые многоножки в слоях возрастом 428 млн лет). Фото из статьи H. M. Wilson, 2005. Zostregrammida, a new order of millipedes from the middle silurian of Scotland and the Upper Carboniferous of Euramerica


Кроме того, для филогенетических построений важны те гены, которые свойственны только мандибулятам. В этом смысле интересны, например, гены, кодирующие белки покровов тела. У хелицеровых имеются только белки жестких покровов, у насекомых и ракообразных — и жестких, и гибких. У многоножек найдены несколько генов, кодирующих белки гибких покровов. По-видимому, они появились уже после разделения двух клад.

Многоножки освоили сушу примерно 420 млн лет назад независимо от насекомых и хелицеровых. Эта эволюционная независимость отразилась и в геноме: для ряда наземных адаптаций многоножки нашли свои генетические решения. Например, окружающий мир они «ощущают» не с помощью обоняния и зрения, а пробуют его на вкус. У них вместо сотен обонятельных рецепторов имеются множество вкусовых и ионотропных рецепторов.

Что же касается зрения, то у этого вида, как и у других представителей отряда геофилов, глаз нет; это слепые животные, обитающие в грунте литорали или почвы. Соответственно, у них не найдено генов фоторецепторов, и, что особенно примечательно, также и генов, отвечающих за циркадные ритмы. Можно только надеяться, что последующие целенаправленные исследования циркадной регуляции многоножек прояснят эту интригующую потерю. Может ли быть, что у многоножек организация циркадных ритмов вообще устроена иначе, или же она стерлась именно у геофилов в связи со слепотой и отсутствием фоторецепторов?

Другой интересный пример параллельной эволюции у многоножек демонстрирует семейство генов DSCAM (см. S. Armitage et al., 2012. The evolution of Dscam genes across the arthropods), кодирующих поверхностные белки, которые связаны с нервной передачей и врожденным иммунитетом. Эти гены имеются у всех членистоногих и характеризуются чрезвычайной вариабельностью. Они кодируют около 18 000 различных белков, которые собираются за счет альтернативного сплайсинга. Столь колоссальный масштаб альтернативного сплайсинга DSCAM известен у насекомых и ракообразных, для хелицеровых данных пока нет. У многоножек, как выяснилось, альтернативный сплайсинг этих генов играет существенно меньшую роль. Зато у них сами гены DSCAM и экзоны этих генов размножились многократно: их у стригамии в двадцать раз больше, чем у насекомых и ракообразных (рис. 4). Это означает, что вариабельность иммунных и нервных белков была чрезвычайно важна для древних членистоногих и у них имелись разные способы увеличить их разнообразие. В разных эволюционных линиях реализовались оба пути: и дупликация экзонов внутри немногих генов (насекомые, ракообразные), и дупликация целых генов и их экзонов при скромных масштабах альтернативного сплайсинга (многоножки).


Прочтен геном многоножек

Рис. 4. Разнообразие генов Dscam у разных животных. У многоножек (S. maritima) разнообразие достигается за счет дупликации целых генов Dscam и экзонов, а у плодовых мушек (D. melanogaster) и дафний (D. pulex) — за счет альтернативного сплайсинга и формирования изоформ генов Dscam. Рисунок из обсуждаемой статьи в PLOS Biology


В целом авторы подчеркивают, что многоножки служат хорошей базой для проверки различных концепций об адаптациях к наземной жизни, о строении — морфологическом и генетическом — предков мандибулят и членистоногих. При наличии прочтенного генома многоножек все это теперь возможно, ведь проведенное исследование — это лишь самый верхний слой сливок, только начало серьезных и более сфокусированных исследований.

Источник: A. D. Chipman et al. The First Myriapod Genome Sequence Reveals Conservative Arthropod Gene Content and Genome Organisation in the Centipede Strigamia maritima // PLOS Biology. 2014. DOI:10.1371/journal.pbio.1002005.

Елена Наймарк


28 сентябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Прочтен геном самой кровожадной мухи на свете

Международный исследовательский коллектив завершил работу по секвенированию генома мухи цеце Glossina morsitans, переносчика трипаносомозов — опасных заболеваний человека и домашних животных.

Коготки галлюцигении подтвердили гипотезу о происхождении членистоногих

Специалисты из Кембриджского университета нашли новое доказательство близкого родства современных бархатных червей и вымерших кембрийских галлюцигений. Доказательство основано на явном сходстве одной

Параллельная эволюция эусоциальности у пчел: принцип общий, эволюционные маршруты — разные

Сравнительный анализ геномов 10 видов одиночных и общественных пчел показал, что поэтапное развитие эусоциальности, происходившее параллельно в нескольких эволюционных линиях, было основано на

Новооткрытый микроб заполняет брешь между прокариотами и эукариотами

В донных осадках на глубине 3283 м в Северном Ледовитом океане обнаружены микроорганизмы из надцарства архей, более близкие к эукариотам, чем любые другие прокариоты. Судя по набору генов, новая

Сотни генов человека всё еще могут заменить аналогичные гены дрожжей

Хотя человека и дрожжи разделяет миллиард лет эволюции, у них гены с общим происхождением и функциями. Оказывается, около половины таких генов человека всё еще способны заменить соответствующие гены

Секвенирование генома мака показало, как и когда в нем начал вырабатываться морфин

Секвенирование генома мака снотворного показало, что 7,8 млн лет назад геном предка мака подвергся полной дупликации. Из-за нее и еще нескольких менее масштабных генетических изменений растение стало
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Особенности выбора шинДом с нарисованным фасадом в ТаррагонеУченые нашли в кишечнике спусковой механизм аллергии на арахисУчёные предлагают заразить коронавирусом добровольцев для поиска вакциныВрачи объяснили, как смартфоны и компьютеры превращают мозг в "свалку"Как смартфоны и соцсети убивают наше времяУченые запатентовали систему энергоснабжения Земли из космоса10 минут ежедневного пребывания на природе помогают снизить тревогу и беспокойство