Το γονιδίωμα Bowfin αποκαλύπτει ότι τα αρχαία θαλάσσια σκυλιά μπορούν να διδάξουν στους ερευνητές νέα κόλπα

Φρεσκοαποτιθέμενα αυγά puffin προσαρτημένα στο υλικό της φωλιάς. Το αρσενικό puffin χτίζει φωλιές στις οποίες το θηλυκό γεννά αυγά. Αφού το αρσενικό γονιμοποιήσει τα αυγά, παραμένει στη φωλιά για να φυλάξει τα μικρά. Πίστωση: M Brent Hawkins

είδη ψαριών Αμία Κάλβα Ακούγεται με πολλά ονόματα, συμπεριλαμβανομένου του φιόγκου, του σκύλου γλυκού νερού, του grinelle και του λόγχου. Ανεξάρτητα από το πώς το ονομάζετε, αυτό το είδος είναι ένα εξελικτικό παζλ γιατί ενσωματώνει το μοναδικό μείγμα προγονικών και προηγμένων χαρακτηριστικών ψαριών.


Σε έγγραφο που δημοσιεύτηκε στις 30 Αυγούστου στο φυσική γενετική Μια διεθνής και συνεργατική ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τους Ingo Brach και Andrew Thompson από το Michigan State University, έχει βάλει στόχο να λύσει το μυστήριο προσδιορίζοντας το γονιδίωμα του ψαριού. Η συλλογική ανάλυσή τους απέδωσε απρόσμενες γνώσεις σε διάφορες πτυχές της βιολογίας αυτής της μυστηριώδους αρχαίας καταγωγής.

Το puffin είναι ένα οστεώδες ψάρι ενδημικό στην ανατολική Βόρεια Αμερική και είναι το μόνο επιζών μέλος μιας μεγάλης γενιάς πολλών ειδών που είναι πλέον γνωστά μόνο από απολιθώματα. Οι επιστήμονες έχουν από καιρό γοητευτεί από το Bowfin επειδή φέρει μια σειρά από προγονικά χαρακτηριστικά, όπως η αναπνοή που μοιάζει με πνεύμονα και ένας ισχυρός σκελετός πτερυγίων, και παράγωγα χαρακτηριστικά όπως βελτιωμένες ζυγαριές και μια μικροσκοπική ουρά. Η φιόγκο καταλαμβάνει επίσης μια βασική θέση στο γενεαλογικό δέντρο των ψαριών, μεταξύ των τελεόστρωτων, μιας μεγάλης και ποικίλης ομάδας που έχει δημιουργηθεί πρόσφατα, και των αρχαίων κλάδων που περιλαμβάνουν τον οξύρρυγχο, το κουπί και τον κάστορα.

Λόγω αυτής της ιδιαίτερης θέσης στο γενεαλογικό δέντρο των ψαριών, τα puffins μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς οι όψεις των σύγχρονων ψαριών εξελίχθηκαν από τους αρχαίους προγόνους τους. Εξετάζοντας το γονιδίωμα του puffin, οι επιστήμονες μπορούν να διερευνήσουν τη γενετική βάση ενός μοναδικού συνόλου παλαιών και νέων χαρακτηριστικών puffin. Μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν αυτές τις γονιδιωματικές πληροφορίες ως πλαίσιο για να κατανοήσουν καλύτερα την προέλευση των teleosts, τα οποία έχουν πολλαπλασιαστεί και τροποποιήσει σε μεγάλο βαθμό τα γονιδιώματά τους από τη στιγμή της αποσύνδεσής τους από τη γενιά του τόξου και εμφανίστηκε ως η κυρίαρχη γενιά στα περισσότερα υδρόβια ενδιαιτήματα.

Το γονιδίωμα Bowfin αποκαλύπτει ότι τα αρχαία θαλάσσια σκυλιά μπορούν να διδάξουν στους ερευνητές νέα κόλπα

Τα διαγράμματα δείχνουν τη διάταξη των οστών στα πτερύγια και τα άκρα. Στοιχεία που προέρχονται από το προγονικό μεταμετάλλιο εμφανίζονται με μοβ. Η άκρη του τετράποδου και μέρος του πτερύγιου του τόξου προέρχονται από το μεταπτερίγιο, ενώ οι τηλεαπόδες έχουν χάσει τα μεταπτερυγικά συστατικά. Πίστωση: M Brent Hawkins

NS Υποψήφιος Διδάκτορας Στο Τμήμα Οργανικής και Εξελικτικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, ο συν-συγγραφέας της μελέτης Μ. Ο Brent Hawkins (PhD 20) εξετάζει την ανάπτυξη και την ανάπτυξη του θωρακικού πτερυγίου. Η διδακτορική διατριβή του Hawkins, που διεξήχθη με τον καθηγητή Matthew B. Harris, την Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και το Νοσοκομείο Παίδων της Βοστώνης και τον καθηγητή Τζέιμς Χάνκιν, Τμήμα Οργανικής και Εξελικτικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, συνέβαλαν σε μερικά από τα πιο εκπληκτικά ευρήματα της μελέτης.

Ο Hawkins επικεντρώθηκε στο θωρακικό πτερύγιο του πτερυγίου Bowfin λόγω του προγονικού σκελετικού σχηματισμού του. Το φέρετρο διατηρεί το metityrygium, το οποίο είναι μέρος του σκελετού των πτερυγίων συμμετρικό στα οστά των άκρων των τετράποδων. Μοντέλοι οργανισμοί όπως το zebrafish και το medaka έχουν χάσει το μετατύργιο, καθιστώντας δύσκολη τη σύγκριση μεταξύ πτερυγίου και άκρου. Μελετώντας το πτερύγιο του τόξου, οι επιστήμονες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη γνώση της εξέλιξης του τόξου ως σημείο εκκίνησης για να γεφυρώσουν την εξέλιξη απόστασης πτερυγίου προς τετράποδο και να εξηγήσουν την εξέλιξη της μετάβασης από πτερύγιο σε άκρο.

Με τους συν-συγγραφείς Emily Funk και Amy McKeown, και οι δύο από το Πανεπιστήμιο Cornell, ο Hawkins συγκέντρωσε νεαρά έμβρυα φουσκωτού από φωλιές στην άγρια ​​φύση στην επαρχία της Νέας Υόρκης. Ο Hawkins ανέβασε τα έμβρυα και συνέλεξε δείγματα θωρακικών πτερυγίων καθώς αναπτύχθηκαν. Το mRNA εξήχθη από τα δείγματα και η αλληλουχία μεταγραφής πραγματοποιήθηκε με τη βοήθεια του Harvard Power Core για να προσδιοριστεί ποια γονίδια Ενεργοποιούνται στο αναπτυσσόμενο πτερύγιο με ανάλυση δεδομένων μεταγραφής χρησιμοποιώντας γονιδιωματικές αλληλουχίες αναφοράς. Μόλις εντοπιστεί, χρησιμοποιήστε τον υβριδισμό επί τόπου για να απεικονίσετε πού ενεργοποιούνται αυτά τα γονίδια κατά την ανάπτυξη πτερυγίων. Αρχικά, ο Hawkins περίμενε ότι τα δεδομένα γονιδίου του puffin θα μοιάζουν πολύ με τα άλλα πτερύγια και άκρα. “Ως τομέας, έχουμε χαρακτηρίσει πολλά γονίδια που εμπλέκονται στο μοτίβο του προσαρτήματος. Έχουμε μια καλή ιδέα για το ποια είναι τα βασικά γονίδια για τα πτερύγια και τα άκρα και πού πρέπει να ενεργοποιηθούν”, είπε ο Hawkins. Ωστόσο, όταν ανέλυσε τα δεδομένα των πτερυγίων συγκλονίστηκε από τα αποτελέσματα.

Ενώ τα θωρακικά πτερύγια του τόξου εκφράζουν πολλά από τα αναμενόμενα αυξητικά γονίδια, ορισμένα από τα πιο επικριτικά γονίδια ήταν στην πραγματικότητα εντελώς απούσα. Ένα από αυτά τα γονίδια που ονομάζεται αυξητικός παράγοντας ινοβλάστης 8 (Fgf8) ενεργοποιείται στο άπω άκρο των πτερυγίων και των αναπτυσσόμενων άκρων και είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη αυτών των προσαρτημάτων. Όταν χαθεί το Fgf8, η ανάπτυξη του προσαρτήματος μειώνεται και εάν εφαρμοστεί επιπλέον Fgf8 στο έμβρυο, μπορεί να προκαλέσει τη δημιουργία ενός νέου προσαρτήματος. “Κάθε άλλο πτερύγιο και άκρο που γνωρίζουμε εκφράζει το Fgf8 κατά τη διάρκεια της εξέλιξης”, είπε ο Hawkins. “Η διαπίστωση ότι τα πτερύγια της bowfin δεν εκφράζουν το Fgf8 είναι σαν να βρίσκετε ένα αυτοκίνητο που τρέχει χωρίς πεντάλ αερίου. Το γεγονός ότι η φινίρα πέτυχε αυτήν την αναγέννηση δείχνει μια απροσδόκητη ευελιξία στο πρόγραμμα ανάπτυξης πτερυγίων. Με το γονιδίωμα στο χέρι, μπορούμε τώρα να ξεκλειδώσουμε πώς εξελίχθηκε η ανθεκτικότητα. “”.

Το γονιδίωμα Bowfin αποκαλύπτει ότι τα αρχαία θαλάσσια σκυλιά μπορούν να διδάξουν στους ερευνητές νέα κόλπα

Νέα προνύμφη puffin που εκκολάφθηκε προς τα αριστερά, όπως φαίνεται από το μικροσκόπιο. Πίστωση: M Brent Hawkins

Ενώ μερικά γονίδια όπως το Fgf8 απουσίαζαν μυστηριωδώς από το πτερύγιο puffin, άλλα ενεργοποιήθηκαν απροσδόκητα στα πτερύγια. Το γονίδιο HoxD14 εκφράζεται σε πτερύγια ψαριών από βαθιά κλαδιά του γενεαλογικού δέντρου ψαριών, όπως το κουπί, αλλά αυτό το γονίδιο χάνεται σε σύγχρονους κλάδους, συμπεριλαμβανομένων των teleosts. Όταν οι συγγραφείς βρήκαν αυτό το γονίδιο στα δεδομένα γονιδιώματος puffin, σκέφτηκαν ότι δεν πρέπει να εκφράζεται επειδή η αλληλουχία DNA δεν κωδικοποιεί μια λειτουργική πρωτεΐνη. Παραδόξως, ο Hawkins και οι συνεργάτες του διαπίστωσαν ότι τα πτερύγια puffin δημιουργούσαν γονιδιακά αντίγραφα του HoxD14 σε υψηλά επίπεδα, παρόλο που δεν κωδικοποιούσε πρωτεΐνη. “Το γεγονός ότι το γονίδιο HoxD14 δεν είναι πλέον σε θέση να παράγει μια πρωτεΐνη, αλλά εξακολουθεί να μεταγράφεται σε mRNA σε τόσο υψηλά επίπεδα υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει μια άλλη λειτουργία που δεν έχουμε ακόμη κατανοήσει. Mayσως βλέπουμε ένα νέο επίπεδο ρύθμισης το γονίδιο Hox στο Hoxins », είπε ο Hawkins.

Συνολικά, τα αποτελέσματα των Fgf8 και HoxD14 δείχνουν ότι τα γενετικά προγράμματα, ακόμη και εκείνα που κατευθύνουν το σχηματισμό σημαντικών δομών όπως τα πτερύγια και τα άκρα, δεν είναι τόσο σταθερά όσο πιστεύαμε. “Μελετώντας περισσότερα είδη, μαθαίνουμε για σκληρούς και γρήγορους κανόνες και ποιους μπορεί να τροποποιήσει η εξέλιξη”, δήλωσε ο Hawkins. “Η μελέτη μας δείχνει τη σημασία της δειγματοληψίας ενός ευρύτερου φάσματος φυσικής ποικιλομορφίας. Ενδέχεται να βρούμε μόνο σημαντικές εξαιρέσεις στους καθιερωμένους κανόνες.”

Ο Hawkins προτείνει επίσης ότι τα αποτελέσματα της μελέτης Puffin χρησιμεύουν ως προειδοποίηση για την αντιμετώπιση των μελών των βαθύτερων κλαδιών του δέντρου της ζωής ως υποκατάστατων βάσεων για τους πραγματικούς προγόνους. “Μερικοί άνθρωποι μπορούν να περιγράψουν είδη όπως το puffin ως” ζωντανό απολίθωμα “που αντιπροσωπεύει αξιόπιστα την κατάσταση των προγόνων μιας γενεαλογίας. Στην πραγματικότητα, αυτοί οι βαθύι κλάδοι στο παρελθόν εξελίχθηκαν από αυτόν τον πρόγονο όπως και οι πιο πρόσφατοι κλάδοι, φτιάχνοντας τα δικά τους κλαδιά. και αλλάζουν με τον δικό τους τρόπο. Στην εξέλιξη, μαθαίνουν τα παλιά σκυλιά νέα κόλπα. “

Ο Χόκινς είναι επί του παρόντος μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Εργαστήριο Μάθιου Β. Χάρις στην Ιατρική Σχολή του Χάρβαρντ και στο Νοσοκομείο Παίδων της Βοστώνης.


Μπορεί ένα πτερύγιο να γίνει άκρη; Οι μεμονωμένες μεταλλάξεις προκαλούν τα πτερύγια του zebrafish να μετατραπούν σε πολύπλοκες δομές που μοιάζουν με άκρα


περισσότερες πληροφορίες:
Το γονιδίωμα puffin φωτίζει την εξελικτική ανάπτυξη των πτερυγίων ψαριών, φυσική γενετική (2021). DOI: 10.1038 / s41588-021-00914-y Και www.nature.com/articles/s41588-021-00914-y

το απόσπασμα: Το γονιδίωμα του Bowfin αποκαλύπτει ότι ο αρχαίος θαλάσσιος σκύλος μπορεί να διδάξει στους ερευνητές νέα κόλπα (2021, 30 Αυγούστου) Ανακτήθηκε στις 30 Αυγούστου 2021 από https://phys.org/news/2021-08-bowfin-genome-reveals-dogfish.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη αντιμετώπιση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Αριθμοί Dudeney | Επιστημονικό παιχνίδι

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *