科学家们发现，海洋无脊椎动物的基因组在漫长的时间里出奇地稳定。发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的这项新研究对远亲动物群体进行了全面分析，包括海绵、水母、扇贝和与人类关系最密切的无脊椎动物，并发现它们的染色体非常相似。
我们可以把基因组想象成位于每个细胞内用DNA代码编写的说明书。它包含了生物体运作的所有遗传信息。这本说明书分为几章——染色体——而这些章节又进一步细分为几页——基因。
标有数字的横杠代表五个物种的染色体。每个彩色条带显示了基因组的不同部分在不同基因组中的对应或不同位置。两条或两种以上的颜色聚集在一条染色体上(可以在扇贝上看到四次)表明两个祖先的染色体或染色体区段之间发生了混合。图片发表在《科学进展》杂志上。
“经过很长一段时间——我指的是至少5.5亿年——由于随机突变，染色体中的基因顺序变得混乱，有点像混淆了一本书的章节。更引人注目的是，有时我们会发现两条染色体走到一起，混合在一起，就像章节被合并和打乱了一样。该论文的最后作者、日本冲绳科技研究生院(OIST)分子遗传学部门首席研究员Daniel Rokhsar教授解释说。“但总的来说，我们发现了惊人的稳定性。尽管这三个群体的最后一个共同祖先生活在5亿多年前，但它们的许多染色体在某种意义上是相似的，因为它们包含相同的基因组。”
这项研究比较了海绵动物(没有肌肉或神经的非常简单的动物)、刺胞动物(特别是水母和水螅)和双侧动物(扇贝和文昌鱼)的基因组。这些基因组要么以前被测序过，要么在本研究中被首次报道。尽管许多这些生物体之前已经有了基因组测序的“草稿”版本，但这一早期研究未能研究整体的染色体组织。现在，随着基因技术的进步，研究人员能够把这些谜题放在一起，并比较基因组织成长链的方式。在本研究中，首次对水螅的染色体进行了重组，文昌鱼的染色体得到了极大的改善，并完成了广泛的对比分析。
这组国际研究人员包括来自OIST、维也纳大学、加州大学伯克利分校、欧文分校和圣克鲁斯分校、慕尼黑大学和伦敦大学学院的科学家，他们发现五种不同动物的染色体有惊人的相似之处。并证实这些相似之处也存在于其他动物的基因组中。在某些情况下，他们发现了特定于某些动物亚群的染色体融合模式。例如，研究人员发现了扇贝和其他几种软体动物共有的四个古代融合体，它们也类似于海洋蠕虫的基因组草图中的一个融合体。
Rokhsar教授解释说:“我们发现，不同物种的基因可以在同一条染色体上，但顺序往往不同。”“在罕见的情况下，两条染色体融合在一起，然后通过打乱新融合的染色体而混合在一起，这种融合不能被取消，并作为染色体进化史的永久标记。就像把两副牌一起洗。我们可以继续洗牌，但它们永远不会再分裂成两个完全相同的包。”
当活着的动物有相同的融合时，研究人员推断这些融合一定发生在这些物种的一个古老的共同祖先身上。他们现在已经对尚未排序的基因组做出了几个可验证的预测。例如，该研究小组预测，所有软体动物和相关的“螺旋形”动物的基因组必须显示扇贝中看到的特定的融合集合。
这些结果展示了一个有趣的悖论。“哺乳动物只存在了大约1亿年，”Rokhsar教授解释说。“但当我们比较两种哺乳动物的基因组时，比如人类和老鼠，染色体看起来像是被分解成几百块，然后混合在一起。我们在无脊椎动物中发现的染色体规模的保护特征在哺乳动物中根本看不到。”他推测哺乳动物的染色体可能进化得不同，因为从历史上看，哺乳动物比大多数海洋无脊椎动物生活在更小的群体中。小群体有利于这些随机突变的生存，这可能就是为什么染色体重排在哺乳动物中更容易传播的原因。
研究人员总共确认了29个祖先染色体片段。此外，该研究小组发现，其中一些片段大约在动物出现之前的8 -9亿年前就存在了，当时所有的生物都是单细胞或非常简单的多细胞形式。因此，一些基因一起旅行了近10亿年，但这些古老的基因联系的结果仍然是一个谜。
参考文献:《深度保守共时性与后生动物染色体的进化》，作者:Oleg Simakov, Jessen Bredeson, Kodiak Berkoff, Ferdinand Marletaz, Therese Mitros, Darrin T. Schultz, Brendan L. O 'Connell, Paul Dear, Daniel E. Martinez, Robert E. Steele, Richard E. Green, Charles N. David和Daniel S. Rokhsar, 2022年2月2日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.abi5884
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