Фото: Cell (2023)

Cell: геном змеи раскрыл прошлое зарывание и повторную адаптацию к жизни на поверхности

Сборка хромосом 14 змей в исследовании, проведенном Китайской академией наук, позволила создать геномный эталон высокого разрешения для изучения эволюции змей. В статье «Крупномасштабный анализ генома змеи дает представление об эволюции позвоночных», опубликованной в журнале Cell, исследовательская группа подробно описывает широкий спектр открытий, которые они уже сделали с помощью данных последовательности.

Используя секвенаторы PacBio и Oxford Nanopore Technology с длинным считыванием, исследователи смогли получить высококачественный черновик целого генома 14 змей из 12 различных семейств. Команда использовала секвенаторы на платформах BGI и Illumina, которые обеспечивают более короткую длину чтения при более высоком качестве. Затем чтения были собраны на уровне хромосом с помощью Hi-C reads.

Ученые проанализировали собранные чтения вместе с ранее секвенированными геномами змей, ящериц, черепах, крокодилов, птиц и мышей. Картина эволюции змей была построена на основе различных потерь, приобретений и сохранения генов, связанных с различными признаками.

Расчетное время дивергенции, полученное в результате анализа, позволяет предположить, что змеи возникли в начале мелового периода около 118 миллионов лет назад и подверглись быстрой диверсификации после массового вымирания 65 миллионов лет назад.

Характерные особенности длинного безногого тела согласуются с делециями генов, специфичных для змей, наблюдаемыми во всех недавно секвенированных геномах змей.

Удлиненное тело змей также влияет на форму внутренних органов, таких как легкие. Левое легкое обычно отсутствует, является рудиментарным или функциональным, но оно меньше правого. Ген, кодирующий динеин, который играет важную роль в развитии левосторонней симметрии, отсутствовал у змей, а 13 генов, связанных с развитием легких, имели вставки, которые могли изменить способ, которым они регулируют развитие легких.

Изменения в зрительной системе отразились в нескольких утраченных кодирующих генах, связанных с фоторецепторами. Экспрессия 15 генов, связанных с фоторецепторами, была значительно увеличена в змеиных глазах. Авторы предполагают, что первые змеи проходили длительный период рытья норы при слабом освещении, прежде чем вернуться в хорошо освещенную поверхностную среду обитания. При таком сценарии структура и функции змеиного глаза должны были адаптироваться к поверхностному свету через регуляцию генов, которые были сохранены.

Три рода змей — гадюки, питоны и гремучие змеи — имеют специализированные инфракрасные термочувствительные сенсорные органы с тройничным нервом. Анализ выявил конвергентное перераспределение некодирующих генов вокруг активных генов с клеточным ответом на тепло.

Наблюдения за генами, регулирующими слух, позволяют предположить, что потеря генов у змей связана с плохим слухом и некоторым восприятием звуков. В то же время развитие других регуляторных генов может быть связано со специализацией внутреннего уха и низкочастотным слухом. Этот сдвиг в слухе также часто наблюдается у ройников, что еще больше наводит на мысль о предыдущем подземном роде.

Помимо понимания эволюции и диверсификации змей, была опубликована высококачественная коллекция данных, которая, несомненно, станет надежным геномным справочным источником для будущих исследований в области биологии рептилий.

Эксклюзивный перевод

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Разработано универсальное противоядие от смертельных змеиных токсинов

197 Ученые Scripps Research разработали антитело, которое может блокировать действие смертельных токсинов, содержащихся в ядах …