Streszczenie: Naukowcy z powodzeniem określili skład genomowy ośmiornic, ujawniając aż 2,8 miliarda par zasad w 30 chromosomach. Było to wynikiem kompleksowych, wspomaganych komputerowo badań genomu i porównań z innymi gatunkami głowonogów.

Ta wysokiej jakości sekwencja referencyjna toruje drogę do zrozumienia biologii ośmiornicy i prześledzenia jej trajektorii ewolucyjnej.

Odkrycia, które rzucają światło na dynamiczną historię ewolucji genomu ośmiornicy, wzbogacą badania w dziedzinie neurobiologii, zachowania i rozwoju.

Kluczowe fakty:

1. Genom Octopus vulgaris składa się z 30 chromosomów, w których znajduje się 99,34% z 2,8 miliarda par zasad.
2. Mapowanie genomu ujawnia liczne zmiany strukturalne w chromosomach, podkreślając dynamiczną historię ewolucji obejmującą 44 miliony lat.
3. Dane dotyczące genomu łączą tradycyjne badania nad ośmiornicami w zakresie neurobiologii i rozwoju z odkryciami genetyki molekularnej.

Źródło: Uniwersytet Wiedeński

Ośmiornice to fascynujące zwierzęta i służą jako ważne organizmy modelowe w neurologii, badaniach nad poznaniem i biologii rozwoju. Aby lepiej zrozumieć ich biologię i historię ewolucji, potrzebne są potwierdzone dane na temat składu ich genomu, których dotychczas brakowało.

Naukowcom z Uniwersytetu Wiedeńskiego wraz z międzynarodowym zespołem badawczym udało się teraz wypełnić tę lukę i w badaniu ustalili imponujące liczby: 2,8 miliarda par zasad – zorganizowanych w 30 chromosomach.

To, co wydaje się tak proste, jest wynikiem złożonych, wspomaganych komputerowo analiz genomu i porównań z genomami innych gatunków głowonogów.

To przełomowe badanie zostało właśnie opublikowane w renomowanym czasopiśmie G3: Geny / Genomy / Genetyka.

Ośmiornice wraz z kalmarami i mątwami należą do grupy głowonogów coleoidów, składającej się z kilkuset gatunków, które charakteryzują się bardzo zróżnicowanym trybem życia, budową ciała i przystosowaniem do środowiska.

Badania tych zwierząt mają długą tradycję, zwłaszcza że plastyczność neuronalna mózgu ośmiornicy – ​​oznaczająca zdolność mózgu do zmian i adaptacji w miarę uczenia się i doświadczania nowych rzeczy – dostarcza dowodów na istnienie struktur funkcjonalnie analogicznych do mózgu ssaków. Czyni to z nich grupę modeli porównawczych do badań neurofizjologicznych.

Ponadto ich zdolność do regeneracji części ciała, a także szybkie zmiany wzorców ciała, które są ważne dla kamuflażu i komunikacji, sprawiają, że ośmiornice są popularnym przedmiotem badań w celu zbadania, w jaki sposób te innowacyjne cechy powstały – i jak się zmieniły – podczas ewolucja.

Zamknięcie luki

W społeczności badawczej rośnie zapotrzebowanie na szczegółową wiedzę na temat genomów głowonogów, aby zrozumieć ewolucję ich unikalnych cech i biologii. Istotnym wkładem w osiągnięcie tego celu jest zakodowanie genomu ośmiornicy zwyczajnej na poziomie chromosomów – informacja, która dotychczas nie była dostępna.

Problem ten został teraz naprawiony przez zespół badawczy z Uniwersytetu Wiedeńskiego, który – wraz z kolegami z KU Leuven (Belgia), Centro Nacional de Análisis Genómico (CNAG; Hiszpania) i Stazione Zoologica Anton Dohrn (Włochy) – „ dostarczył” brakujące dane i przeprowadził szeroko zakrojone badania z zakresu biologii molekularnej i wspomagane komputerowo genomu ośmiornicy.

„Dzięki naszym obecnym technologiom stosowanym w badaniach genomiki byliśmy w stanie stworzyć coś w rodzaju „mapy genomu” ośmiornicy, pokazującej, jak informacja genetyczna jest uporządkowana na poziomie chromosomów” – wyjaśnia pierwsza autorka badania Dalila Destanović, naukowiec z Simakov Laboratorium na Wydziale Neuronauki i Biologii Rozwoju Uniwersytetu Wiedeńskiego.

Ten genom referencyjny, który jest wysoce rozdzielczy na poziomie chromosomów, umożliwi społeczności naukowej z jednej strony lepsze zrozumienie cech i biologii tych fascynujących zwierząt, a także prześledzenie historii ewolucji tych zwierząt. Ośmiornica zwyczajna na inne.

Zespoły badawcze mogą teraz dokładniej zbadać lub zrozumieć trajektorię ewolucyjną głowonogów koleoidalnych i bardziej odlegle spokrewnionych mięczaków, takich jak małże czy ślimaki.

2,8 miliarda par zasad – 30 chromosomów

W rzeczywistości badaczom udało się zidentyfikować 30 chromosomów w Ośmiornica zwyczajna genom, w którym ułożone jest 99,34% z 2,8 miliarda par zasad. Oznacza to, że naukowcy dysponują teraz wysokiej jakości sekwencją referencyjną, która posłuży jako podstawa do dalszych badań nad funkcją genów, a tym samym do lepszego zrozumienia właściwości biologicznych ośmiornicy zwyczajnej.

Struktura chromosomowa Ośmiornica zwyczajna genome zapewni także wgląd w dynamiczną historię ewolucji tych organizmów poprzez oszacowanie szybkości rearanżacji chromosomów.

Już porównując Ośmiornica zwyczajna genomu z genomami czterech innych gatunków ośmiornic, naukowcom udało się wykazać, że wszystkie chromosomy wykazują liczne zmiany strukturalne, które zaszły w trakcie ewolucji poprzez odrywanie fragmentów chromosomów, ich przestawianie i ponowne łączenie na tym samym chromosomie.

„Nawet wśród blisko spokrewnionych gatunków zaobserwowaliśmy liczne zmiany strukturalne w chromosomach. Odkrycie to stawia pytania dotyczące dynamiki genomu na przestrzeni całej historii ewolucji i otwiera drzwi do zbadania, w jaki sposób wiąże się to z ich unikalnymi cechami” – wyjaśnia Dalila Destanović.

Dynamiczna historia ewolucji genomu ośmiornicy obejmuje okres 44 milionów lat – a wiele ekscytujących pytań badawczych jest nadal otwartych.

Wyniki obecnego badania pozwolą odpowiedzieć na niektóre z tych pytań, łącząc tradycyjne rozwiązania Ośmiornica zwyczajna badania w dziedzinie neurobiologii, zachowania i rozwoju po spostrzeżenia z zakresu genetyki molekularnej w tych obszarach.

O tym aktualności z badań genetycznych

Autor: Teresa Bittermann
Źródło: Uniwersytet Wiedeński
Kontakt: Theresa Bittermann – Uniwersytet Wiedeński
Obraz: Zdjęcie przypisuje się Neuroscience News

Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Genom odniesienia na poziomie chromosomu dla ośmiornicy pospolitej Octopus vulgaris (Cuvier, 1797)” Dalila Destanović i in. G3: Geny, genomy, genetyka

Abstrakcyjny

Genom referencyjny na poziomie chromosomu dla ośmiornicy zwyczajnej Octopus vulgaris (Cuvier, 1797)

Głowonogi to wyłaniające się modele zwierzęce, obejmujące gatunki kultowe do badania powiązań między innowacjami genomicznymi a złożonością fizjologiczną i behawioralną. Głowonogi koleoidalne posiadają największy układ nerwowy wśród bezkręgowców, zarówno pod względem liczby komórek, jak i stosunku mózgu do ciała.

Ośmiornica zwyczajna znajduje się w centrum wieloletniej tradycji badań nad różnymi aspektami biologii głowonogów, w tym plastycznością behawioralną i neuronalną, uczeniem się i przywoływaniem pamięci, regeneracją i wyrafinowanym poznaniem.

Jednakże nie było dostępne żadne składanie genomu w skali chromosomowej O. pospolity pomoc w badaniach funkcjonalnych. Aby wypełnić tę lukę, zsekwencjonowaliśmy i złożyliśmy genom ośmiornicy zwyczajnej w skali chromosomowej, O. pospolity.

Ostateczny montaż obejmuje 2,8 miliarda par zasad, z czego 99,34% znajduje się w 30 rusztowaniach w skali chromosomów. Mapy cieplne Hi-C obsługują kariotyp 1n = 30 chromosomów. Porównania z genomami innych gatunków ośmiornic pokazują zachowany kariotyp ośmiornicy i wzór lokalnych rearanżacji genomu między gatunkami.

Ten nowy genom w skali chromosomowej O. pospolity w dalszym ciągu ułatwi badania we wszystkich aspektach biologii głowonogów, w tym różnych form plastyczności i maszynerii neuronowej leżącej u podstaw wyrafinowanego poznania, a także zrozumienie ewolucji głowonogów.