Projekt Zoonomia przeprowadza porównawcze analizy genomiczne 240 żywych gatunków

Międzynarodowy projekt naukowy, który porównuje genomy 240 żyjących gatunków ssaków, zidentyfikował elementy transpozycyjne (TE) — geny, które mogą zmieniać swoją pozycję w genomie, tworząc lub odwracając mutacje, a tym samym zmieniając tożsamość genetyczną komórki — jako kluczowy obszar badań aby pomóc odkryć proces ewolucyjny ssaków i lepiej zrozumieć różnorodność biologiczną. Liliana M. Dávalos ze Stony Brook University jest współpracownikiem w analizie TE dla projektu. Dwa nowe artykuły, jeden opublikowany w bieżącym numerze Naukaa drugi w Biologia molekularna i ewolucjazaznacz wyniki.

Ostatnie 100 milionów lat spowodowało, że ssaki przystosowały się do praktycznie każdego środowiska na planecie. Projekt Zoonomia, którego naukowym współpracownikiem jest Dávalos, skatalogował różnorodność genomów ssaków, uzupełniając porównawcze sekwencje genomowego DNA z 240 gatunków. Zespół, który składa się z ponad 150 naukowców z całego świata, opublikował swoją wieloletnią porównawczą analizę genomu w czasopiśmie The Nauka papier.

Dávalos bada, jak zmienia się różnorodność biologiczna w czasie i jakie procesy biologiczne ją napędzają. Połączyła siły z Davidem Rayem i jego laboratorium na Texas Tech University, aby jakościowo przeanalizować dynamikę TE.

W pracy opisano repertuary TE 248 ssaków łożyskowych. TE stanowią znaczną część wszystkich genomów ssaków, ale istnieje wiele różnic między gatunkami. Zespół naukowy zwraca uwagę, że powiązanie TE z różnorodnością biologiczną nie jest proste. Dodatkowo, dzięki zdolności do przemieszczania się w całym genomie, TE mogą przyczyniać się do różnorodności biologicznej lub też ją utrudniać.

„Określenie, ile elementów transpozonowych każdego rodzaju znajduje się w każdym gatunku, jest kluczem do ustalenia, w jaki sposób transpozony przyczyniają się do różnorodności biologicznej. Powiązanie tych liczb z liczbą gatunków lub ich ekologią wydaje się proste, jednak jest to mylące” – wyjaśnia Dávalos, profesor biologii konserwatorskiej na Wydziale Ekologii i Ewolucji oraz współautor artykułu. „Niektóre gatunki, takie jak nietoperze i wieloryby, wierzą lub nie są ze sobą bliżej spokrewnione niż z innymi, takimi jak nietoperze i naczelne, więc musimy to uwzględnić w naszych statystykach w ramach porównawczych analiz genomicznych ssaków”.

Naukowcy zidentyfikowali ponad 25 000 sekwencji TE w zestawie ssaków, przy czym niektóre ssaki mają duże części TE w swoim genomie, obliczone w czasie dla każdego gatunku. Średnia wynosiła około 45 proc.

Ogólnie rzecz biorąc, doszli do wniosku, że „biorąc pod uwagę szeroko zakrojone skutki, jakie TE nakładają na architekturę genomową, dane te są ważnym źródłem dla przyszłych badań nad genomiką i ewolucją ssaków oraz sugerują możliwości dalszych badań tych ważnych, ale niedostatecznie zbadanych mieszkańców genomu”.

W artykule Molecular Biology and Evolution autorzy wykorzystali nowatorskie podejście statystyczne do określania sekwencji genomu u nietoperzy, opracowane przez Dávalosa, do opisania miejsca zajmowanego przez nietoperze w odniesieniu do TE u ssaków.

Według głównego autora, Nicole Paulat, doktorantki w Ray Lab, zespół badawczy odkrył, że nietoperze mają wyjątkowo więcej zdarzeń związanych z transferami TE z jednego gatunku do drugiego. Jednym z mechanizmów, który może wyjaśnić takie nadmierne transfery, są wirusy, co jest ważnym odkryciem dotyczącym tego, jak stwierdzono, że kilka gatunków nietoperzy jest żywicielami różnych, a czasem niebezpiecznych wirusów.

Oba artykuły oparte na pracach z projektu Zoonomia pokazują, że TE są wysoce aktywne w całym genomie większości gatunków ssaków, iz tego powodu przyszłe badania skupiające się na TE mogą pomóc w udzieleniu odpowiedzi na temat różnorodności biologicznej ssaków na całym świecie. Takie badania mogą również dostarczyć dalszych wskazówek, w jaki sposób i dlaczego TE zakłócają genomy ssaków, zmieniając w ten sposób DNA i przyczyniając się do procesów ewolucyjnych i / lub rozwoju chorób.