Genetycy z Rutgers, współpracując z międzynarodowym zespołem naukowców, przeprowadzili najbardziej wszechstronne jak dotąd sekwencjonowanie całej sekwencji DNA małej łyżwy – który, podobnie jak jego lepiej znany kuzyn, płaszczka, od dawna uważany jest za enigmatyczny ze względu na swój kształt.

Naukowcy, piszą Natura, poinformował, że studiując zawiłości Leucoraja erinacea genomu, znacznie lepiej zrozumieli, w jaki sposób ryba ewoluowała od swojego przodka – który miał znacznie węższe ciało – przez okres 300 milionów lat, aby stać się płaskim, uskrzydlonym mieszkańcem dna.

„Wiemy, że zwierzęta z kręgosłupem i szkieletem – znane jako kręgowce – w tym ryby, mają niezliczone kształty ciała, ale niewiele wiemy o podstawowych procesach kontrolowanych przez geny” – powiedział Tetsuya Nakamura, adiunkt na Wydziale Genetyki w Rutgers School of Arts and Sciences (SAS) i autorem badania. „W tych badaniach zidentyfikowaliśmy mechanizmy genetyczne, które tworzą unikalne cechy ciała łyżwy”.

Małe łyżwy to gatunki łyżew z Oceanu Atlantyckiego, które mają około 16 do 20 cali długości. Ich płaskie ciała mają powiększone, przypominające skrzydła płetwy piersiowe, które pozwalają rybom rozwijać się w środowiskach dna morskiego. Ich unikalny kształt zapewnia moc umożliwiającą szybki napęd do przodu. Używają również swoich płaskich płetw do zbierania i przerzucania piasku, aby ukryć się przed drapieżnikami, zakrywając wszystko oprócz oczu.

„Zastanawialiśmy się, jak to wyjątkowe ciało ewoluowało podczas ich ewolucji” – powiedział Nakamura, ekspert w dziedzinie ewolucyjnej biologii rozwoju, który ogólnie stara się zrozumieć, w jaki sposób ludzie wyewoluowali z ryb. „Gdybyśmy zrozumieli, jak ewoluowała łyżwa, być może dałoby nam to wskazówki, jak inne kręgowce rozwinęły swoje kształty”.

Przeprowadzając analizę, naukowcy powiązali genotyp łyżew – ich unikalną sekwencję DNA – z ich fenotypem – ich właściwościami fizycznymi, od kształtu ciała po biochemię. Porównali także genom małej łyżwy z genomami różnych rekinów, w tym rekina bambusowego, z którym ma wspólnego przodka.

Naukowcy odkryli podobieństwa między genomami i rzędami genów małej łyżwy i rekina bambusowego, które zachowują cechy przodków chromosomów, podstawowych struktur zwięźle upakowanych DNA w jądrze każdej komórki.

W regionie małego genomu łyżwy, który kontroluje rozwój płetw, naukowcy odkryli rozległe rearanżacje w kolejności genów, podobne do tasowania kart. To tasowanie genów wystąpiło w regionie genów tworzenia płetw u łyżew w porównaniu z rekinami.

W małych genomach łyżew naukowcy odkryli również coś, co opisali jako „wzmacniacz specyficzny dla płetw” dla tak zwanych genów „Hox”, które zostały zidentyfikowane w innych badaniach jako zaangażowane w modelowanie ciała zwierzęcia od głowy do ogona. U kręgowców geny Hox określają pozycję segmentacji obszarów ciała, w tym głowy. W przypadku małej łyżwy naukowcy odkryli, że geny Hox były niezbędne do ewolucji jej szerokich płetw.

Ta „rozległa ochrona tożsamości chromosomalnej i porządku genów, pomimo 300 milionów lat rozbieżności” wskazuje, że większość ryb chrzęstnoszkieletowych, takich jak raje, raje i rekiny, prawdopodobnie podziela tę organizację genetyczną, powiedział Nakamura.

„Ogólnie rzecz biorąc, stwierdziliśmy, że rekombinacja genetyczna i zmiany w sekwencji genomu mają kluczowe znaczenie dla ewolucji płetw na całej łyżwie” – powiedział.

Inni genetycy Rutgers zaangażowani w badanie to Dina Navon, badacz ze stopniem doktora i Ali Andrescavage, technik laboratoryjny.