重建所有哺乳動(dòng)物在1.8億年前的共同祖先的基因組 _哺乳動(dòng)物

重建所有哺乳動(dòng)物在1.8億年前的共同祖先的基因組
據(jù)cnBeta：從鴨嘴獸到藍(lán)鯨，今天所有活著的哺乳動(dòng)物都是約1.8億年前存在的一個(gè)共同祖先的后代。盡管我們對(duì)這種動(dòng)物了解不多，但一個(gè)全球?qū)＜倚〗M最近通過(guò)計(jì)算重建了其基因組的組織。這些發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。
加州大學(xué)戴維斯分校進(jìn)化和生態(tài)學(xué)杰出教授、該論文的資深作者Harris Lewin說(shuō)道：“我們的結(jié)果對(duì)理解哺乳動(dòng)物的進(jìn)化和保護(hù)工作具有重要意義。”
研究人員使用了32個(gè)活體物種的高質(zhì)量基因組序列，橫跨26個(gè)已知哺乳動(dòng)物類別中的23個(gè) 。人類和黑猩猩是這些物種之一，還有袋熊和兔子、海牛、家牛、犀牛、蝙蝠和穿山甲。雞和揚(yáng)子鱷的基因組也被用作分析中的對(duì)比組。作為地球生物基因組計(jì)劃和其他大規(guī)模生物多樣性基因組測(cè)序計(jì)劃的一部分，這些基因組中的一些正在被制作。Lewin是地球生物基因組計(jì)劃(Earth BioGenome Project)工作小組的主席。
據(jù)該研究的論文第一作者、加州大學(xué)戴維斯分校基因組中心的博士后研究員Joana Damas稱，哺乳動(dòng)物的祖先有19條常染色體，這些染色體控制著生物體特征的遺傳，而不是由性連鎖染色體控制的特征（這些染色體在大多數(shù)細(xì)胞中是成對(duì)的，總共有38條），加上兩條性染色體。研究人員確定了1215個(gè)基因塊，它們以相同的順序出現(xiàn)在所有32個(gè)基因組的同一染色體上。Damas表示，所有哺乳動(dòng)物基因組的這些構(gòu)建塊包括對(duì)正常胚胎發(fā)育至關(guān)重要的基因。
染色體穩(wěn)定了3億多年
研究人員在哺乳動(dòng)物祖先中發(fā)現(xiàn)了9條完整的染色體或染色體片段，其基因的順序在現(xiàn)代鳥(niǎo)類的染色體中是相同的。
“這一非凡的發(fā)現(xiàn)表明，在超3.2億年的漫長(zhǎng)進(jìn)化時(shí)間范圍內(nèi) ，染色體上基因的順序和方向具有進(jìn)化的穩(wěn)定性，”Lewin說(shuō)道。
相比之下，這些保守區(qū)塊之間的區(qū)域包含更多的重復(fù)序列，更容易發(fā)生斷裂、重排和序列復(fù)制，這些都是基因組進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)力。
“祖先的基因組重建對(duì)于解釋不同基因組的選擇壓力的位置和原因至關(guān)重要。這項(xiàng)研究在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因調(diào)控和連鎖保存之間建立了明確的關(guān)系。這為評(píng)估自然選擇在整個(gè)哺乳動(dòng)物生命樹(shù)的染色體進(jìn)化中的作用奠定了基礎(chǔ) 。”德克薩斯A&M大學(xué)的William Murphy教授說(shuō)道。據(jù)悉，他不是該論文的作者。
研究人員能從共同的祖先開(kāi)始跟蹤祖先的染色體向前發(fā)展。他們發(fā)現(xiàn) ，染色體重排的速度在哺乳動(dòng)物品系之間有所不同。如在反芻動(dòng)物系（導(dǎo)致現(xiàn)代牛、羊和鹿）中，6600萬(wàn)年前，當(dāng)小行星撞擊殺死恐龍并導(dǎo)致哺乳動(dòng)物的興起時(shí)，染色體重新排列的速度加快了。
研究人員們表示，這些結(jié)果將有助于了解在過(guò)去1.8億年里使哺乳動(dòng)物在一個(gè)不斷變化的星球上繁衍生息的適應(yīng)性背后的遺傳學(xué) 。
相關(guān)：科學(xué)家重建哺乳動(dòng)物共同祖先基因組
據(jù)中國(guó)科學(xué)報(bào)（許悅）：一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)重建了所有哺乳動(dòng)物最早共同祖先的基因組。相關(guān)研究9月26日發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》。
“我們的研究結(jié)果對(duì)理解哺乳動(dòng)物進(jìn)化和保護(hù)工作具有重要意義。”論文作者、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校進(jìn)化與生態(tài)學(xué)杰出教授Harris Lewin表示。最早的哺乳動(dòng)物祖先可能看起來(lái)像生活在2億年前的“摩根齒獸” 。
從鴨嘴獸到藍(lán)鯨，每一種現(xiàn)代哺乳動(dòng)物都是生活在1.8億年前的共同祖先的后代。但此前，人們對(duì)這種動(dòng)物知之甚少。
科學(xué)家利用了包括人類、黑猩猩、袋熊、兔子、海牛、家牛、犀牛、蝙蝠和穿山甲等在內(nèi)的32種哺乳動(dòng)物的高質(zhì)量基因組序列。這些動(dòng)物來(lái)自26個(gè)已知哺乳動(dòng)物目中的23個(gè) 。研究人員還將雞和揚(yáng)子鱷基因組作為對(duì)照組。其中一些基因組數(shù)據(jù)來(lái)自地球生物基因組計(jì)劃和其他大規(guī)模生物多樣性基因組測(cè)序工作。
該研究第一作者、加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校基因組中心博士后Joana Damas說(shuō)，他們利用計(jì)算機(jī)重建了哺乳動(dòng)物祖先基因組，發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物祖先有控制生物體遺傳特征的19對(duì)常染色體，以及兩條性染色體。
研究團(tuán)隊(duì)確定了1215個(gè)基因塊，這些基因塊在32種動(dòng)物的基因組中始終以相同的順序出現(xiàn)在同一染色體上。所有哺乳動(dòng)物基因組中的這些基因塊都包含著對(duì)胚胎正常發(fā)育至關(guān)重要的基因。
科學(xué)家在哺乳動(dòng)物祖先身上發(fā)現(xiàn)了9條完整的染色體片段，其基因順序與現(xiàn)代鳥(niǎo)類相同。
“這一引人注目的發(fā)現(xiàn)表明，染色體上的基因順序和方向在3.2億年的進(jìn)化中具有穩(wěn)定性。”Lewin說(shuō)，相比之下，這些保守的基因塊之間的區(qū)域則包含更多重復(fù)序列，也更容易發(fā)生斷裂、重組和序列重復(fù) ，而這些都是基因組進(jìn)化的主要驅(qū)動(dòng)因素。
“祖先基因組重建有助于解釋基因組選擇壓力在哪里以及為什么發(fā)生變化。這項(xiàng)研究在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因調(diào)控之間建立了明確的關(guān)系。”得克薩斯農(nóng)工大學(xué)教授William Murphy說(shuō)，這為評(píng)估自然選擇在哺乳動(dòng)物生命樹(shù)的染色體進(jìn)化中扮演的角色打下了基礎(chǔ) 。
研究人員從哺乳動(dòng)物共同祖先的染色體開(kāi)始，沿著時(shí)間線追蹤，發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的染色體重排率不同。例如，反芻譜系在6600萬(wàn)年前小行星撞擊導(dǎo)致恐龍滅絕、哺乳動(dòng)物崛起時(shí)重排加速。
研究合著者Camilla Mazzoni說(shuō) ，這項(xiàng)研究結(jié)果將有助于理解動(dòng)物適應(yīng)性背后的遺傳學(xué)機(jī)制，比如在過(guò)去1.8億年里，哺乳動(dòng)物是如何在不斷變化的星球上適應(yīng)并繁衍生息的。