Акулы хрящевые рыбы, которые не имеют твердых костей. Они отошли 450 миллионов лет назад от предков человеческих позвоночных.
В море насчитывается около 150 видов, в том числе большая белая акула, гигантская китовая акула и акула-молот. Недавно совместная исследовательская группа проанализировали полные геномы тигровых акул и собачьих акул и получили различные сведения об эволюции позвоночных и экологии акул.
Почему именно акулы?
Большинство основных групп позвоночных были изучены на наличие целых геномов, но у акул никогда не было полного анализа. Акулы медленно эволюционировали в молекулярной среде, с тех пор было мало информации, и было мало изменений в последовательности генов от предков. Это означает, что размер генома велик.
Не все акулы большие. На этот раз было подсчитано, что тигровая акула составляла 6,67 гигабазных пар, а собачья акула - 4,73 гигабазных пар. Впервые исследовав китовую акулу, обнаружили 3,75 гигабазных пар.
Однако геном большой акулы не является следствием удвоения генома (феномен удвоения всего генома происходит несколько раз в течение эволюции позвоночных).
Существует увеличение некодирующих областей, которые не кодируют гены.
Почему увеличилась область некодирования?
Это может быть связано с уникальной средой обитания акул. Жизнь в глубоком море, где не существуют естественных врагов, не реагирует на внешний мир быстрой работой генов и может быть допущена для изменений генома.
Прежде всего, обнаружили, что генная группа HoxC существует в акулах.
В эпоху, когда не было информации о геноме, существовала теория, что у акул нет кластеров HoxC. Однако Hox кластеры A, B и D имеют несколько повторяющихся последовательностей, поэтому при сборке последовательность генома очень легко соединить.
Эти результаты показывают, что репертуар гена HoxC варьируется в зависимости от типа акулы. Возможно, это объясняет разницу в морфологии между видами акул.
А как насчет эндокринных гормонов?
Сосредоточившись на одном из отличительных позвоночных, исследователи изучили генные наборы, такие как гормон роста, окситоцин, пролактин и орексин.
Лептин был замечен в связи с ожирением человека и впервые было обнаружено, что он работает как ген у хрящевых рыб. Хотя сходство в последовательности невелико, поскольку соседний ген в геноме является ортологом, пришли к выводу, что он является ортологом лептина.
У акул нет четких жировых клеток, и пока неизвестно, какие ткани активно работают.
Эти гормоны были обнаружены у акул, и многие гены эндокринной системы уже были доступны у акул около 450 миллионов лет назад включая общих предков.
Фоторецептор опсина.
Хотя было выявлено, что у акул меньше опсина, ученым нужно было увидеть весь геном. Что было неожиданным, так это то, что в тигровой акуле был обнаружен только родопсин. У китовых и собачьих акул были только родопсин и опсин, которые чувствуют красный свет. Кроме того, родопсин китовой акулы изменился, чтобы поймать свет с длиной волны 480 нм, которая достигла глубокого моря.
С другой стороны, у акул есть гены, а у млекопитающих нет.
Несмотря на то, что он обнаружен у предков позвоночных и в геноме акулы, учёные обнаружили, что в какой-то момент эволюции для человека было потеряно более 300 генов. Это одна из прелестей акул, которая отражает состояние до того, как что-то было потеряно.
Как упоминалось выше, акулы имеют медленную скорость эволюции и мало вторичных изменений в геноме, поэтому набор генов, вероятно, будет близок к таковому у предков позвоночных. До сих пор изучалось, как увеличить количество генов, но существует только ограниченное количество исследований, исследующих уменьшенное количество генов. Один из них - группа генов FoxG .
FoxG1 является основным геном, который создает слоистую структуру неокортекса головного мозга и, как известно, необходим для развития и дифференцировки конечного мозга. Учёные впервые провели подробно молекулярный филогенетический анализ, на этот раз изучив акул и пятнистых гар. Когда предки хрящевых рыб расходились, у предков позвоночных было три гена FoxG. Изучая млекопитающих и птиц, учёные обнаружили что только у акул есть все эти три гена.
FoxG1 широко экспрессируется главным образом в церебральной нервной системе, тогда как FoxG3 экспрессируется только в некоторых церебральных ганглиях и сетчатке, а FoxG2 только в некоторых церебральных ганглиях.
Широко распространенная экспрессия FoxG1 соответствует эволюционному распространению, которое этот ген содержит у любого вида, и аминокислотная последовательность также очень консервативна.
Было обнаружено, что восприимчивость генов связана с последовательностями, отличными от области, кодирующей белок. Сравнивая тигровых акул и собачьих акул (которые эволюционно далеки от людей и мышей), FoxG1 также сохранил некоторые некодирующие области вверх и вниз по течению от гена.
Однако FoxG2 и FoxG3 имели ограниченное сходство в этих областях. Подобные тенденции были также замечены в частоте повторяющихся последовательностей и скорости изменений в положениях оснований (синонимичных положениях), которые не влияли на аминокислотную последовательность кодирующей области. Анализ всего генома также показывает эту тенденцию.
До сих пор был определен функциональный уровень генов, чтобы определить, насколько легко гены сохраняются в процессе эволюции, но если это так, то не будет различий в областях, которые не влияют на функцию.
В дополнение к функции гена учёные считают, что восприимчивость гена к потере зависит от природы геномной области, на которой находится ген.
