蜘蛛進(jìn)化過程中罕見的全基因組重復(fù)可以揭示動物多樣化的更多信息
貝勒醫(yī)學(xué)院人類基因組測序中心的研究人員與來自英國,歐洲,日本和美國的科學(xué)家合作,在蜘蛛和蝎子的進(jìn)化過程中發(fā)現(xiàn)了全基因組重復(fù)。該研究發(fā)表在BMC Biology上。
長期以來,研究人員一直在研究蜘蛛和蝎子的應(yīng)用原因,例如研究藥物和材料科學(xué)用絲的毒液成分,以及基本問題,如進(jìn)化的原因,以及了解這一不同群體的發(fā)展和生態(tài)成功。食肉生物。
作為研究5000種節(jié)肢動物物種基因組的i5K試驗項目的一部分,人類基因組測序中心分析了家蜘蛛Parasteatoda tepidariorum的基因組- 一種在實驗室研究的模式物種 - 以及亞利桑那州樹皮蝎Centruroides sculpturatus , - 北美最毒的蝎子。
對這些基因組的分析表明,蜘蛛和蝎子是在4億多年前從共同的祖先進(jìn)化而來的,它在其基因組中創(chuàng)造了所有基因的新拷貝,這一過程稱為全基因組重復(fù)。這種事件是基因組中可能發(fā)生的最大的進(jìn)化變化之一,并且在動物進(jìn)化過程中相對罕見。
負(fù)責(zé)貝勒基因組測序的人類基因組測序中心副教授斯蒂芬理查茲博士說:“我們對我們與地球共存的物種的分子理解取得了迅速進(jìn)展,這令人非常興奮。蜘蛛基因組分析特別棘手,我們相信這是迄今為止質(zhì)量最高的蜘蛛基因組之一。“
同樣,在脊椎動物的起源上也存在兩個全基因組重復(fù),這引發(fā)了關(guān)于重復(fù)基因是否在導(dǎo)致哺乳動物的脊椎動物譜系的進(jìn)化中產(chǎn)生新的生物復(fù)雜性的長期爭論。因此,蜘蛛和蝎子中全基因組重復(fù)的新發(fā)現(xiàn)提供了與脊椎動物事件的有價值的比較,并且可以幫助揭示對我們自身進(jìn)化很重要的基因和過程。
“雖然全基因組重復(fù)產(chǎn)生的大部分新基因材料隨后都會丟失,但一些新的基因拷貝可以發(fā)展出新的功能,可能有助于動物的形狀,大小,生理和行為的多樣化,”Alistair McGregor博士說。 ,牛津布魯克斯大學(xué)進(jìn)化發(fā)育生物學(xué)教授,該研究的主要作者。“將蜘蛛和蝎子中的全基因組重復(fù)與脊椎動物中的獨(dú)立事件進(jìn)行比較顯示出驚人的相似性。在這兩種情況下,都保留了重復(fù)的Hox基因簇。這些是調(diào)節(jié)所有動物體結(jié)構(gòu)發(fā)育的非常重要的基因,并且因此可以引起動物身體計劃的進(jìn)化變化。“
該研究還發(fā)現(xiàn)蜘蛛Hox基因的拷貝在表達(dá)的時間和地點(diǎn)表現(xiàn)出差異,這表明它們已經(jīng)進(jìn)化出新的功能。
McGregor解釋說,這些變化可能有助于澄清蜘蛛和蝎子的進(jìn)化創(chuàng)新,包括專門的肢體和它們?nèi)绾魏粑?,以及蜘蛛用來捕獲和殺死獵物的不同類型的毒液和絲綢的生產(chǎn)。
“許多人害怕蜘蛛和蝎子,但這項研究顯示了他們所代表的進(jìn)化樹的美麗部分,”人類基因組測序中心主任,Wofford Cain主席,分子和人類遺傳學(xué)教授Richard Gibbs博士說。貝勒。
“現(xiàn)在,對于這種基因組分析,成本已經(jīng)從數(shù)千萬美元迅速下降到僅僅幾千美元,現(xiàn)在可以對任何物種進(jìn)行,”理查茲說。“我們周圍的地球生活還有很多東西可以學(xué)習(xí),我相信這個結(jié)果只是了解蜘蛛分子組成的開始。”
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