Вчені прочитали і зібрали найбільший геном на сьогодні


Акції та знижки відомих брендів
 

Акції та знижки відомих брендів! Детальніше...


Аксолотль
Research Institute of Molecular Pathology, Vienna

Дослідники прочитали послідовність генома аксолотля, який становить 32 мільярди основ, на сьогоднішній день це найбільший зібраний геном. Крім того, автори статті, опублікованої в Nature, проаналізували транскриптом клітинної маси, що утворюється при регенерації кінцівки амфібії, і виявили, що значущу роль в регенерації грають білки сімейства рецептора урокінази і малі некодуючі РНК.

Аксолотль – це личинкова форма саламандри амбістоми, яка здатна розмножуватися, не зазнаючи перетворення на дорослу особину (явище, відоме як неотенія). Крім того, аксолотлі мають унікальну здатність до регенерації кінцівок. У тому числі з цієї причини вони стали популярними лабораторними тваринами ще в XIX столітті. Останнім часом для аксолотлів був розроблений великий клітинний і генетичний інструментарій, однак повна послідовність геному цих тварин була недоступна для дослідників.

Справа в тому, що розмір геному аксолотля перевищує розмір геному людини в 10 разів і становить 32 мільярди пар основ, з яких значну частину складають повторювані послідовності.

Дослідники з німецького Інституту молекулярної біології і генетики імені Макса Планка і Дослідницького інституту молекулярної патології у Відні (Австрія) змогли прочитати з 32-кратним покриттям і зібрати послідовність геному аксолотля – мексиканської амбістоми (Ambystoma mexicanum). Вчені скористалися технологією секвенування ДНК від компанії PacBio, яка дозволяє визначити послідовність одиничної молекули ДНК розміром від 10 тисяч пар основ. Для складання послідовностей (контігів) автори роботи спеціально розробили геномний асемблер MARVEL.

Виявилося, що 65 відсотків геному аксолотля складають повторювані послідовності, в тому числі мобільні елементи і ретровіруси. Унікальною особливістю саламандри виявилися величезні некодуючі послідовності в складі генів – інтрони. Середній розмір інтрона аксолотля склав 22 тисячі пар основ, що в 13 разів більше, ніж у людини, і в 25 разів більше, ніж у жаби.

Дослідники сподівалися знайти в геномі тварини те, за рахунок чого вона здатна до ефективної регенерації, і звернулися до генів HOX і PAX, які відіграють важливу роль у розвитку кінцівок, м’язів і нервової трубки. Виявилося, що локус HoxA у аксолотлів має цілком типову для хребетних структуру і відрізняється тільки розміром за рахунок вставок повторюваних послідовностей. Що стосується генів Pax, виявилося, що в порівнянні з іншими амфібіями і, наприклад, мишею, аксолотль навіть втратив в розмаїтті. Так, у нього був відсутній ген Pax3, який у інших тварин кодує компонент, необхідний для формування органів і тканин. Замість цього його функцію взяв на себе гомологічний ген Pax7, що дослідники підтвердили, «зламавши» цей ген у аксолотля.


Вчені прочитали і зібрали найбільший геном на сьогодні

Аксолотлі, мутантні по гену Pax7 (зліва) відрізняються вигнутою формою тіла і слабкими кінцівками

Sergej Nowoshilow et al / Nature 2018

Крім аналізу геному, автори роботи створили атлас експресії генів в 22 тканинах тварини, в тому числі, в бластемії – недиференційованій клітинній масі, яка утворюється в місці пошкодження кінцівки і бере участь в регенерації. Ця тканина відрізнялася підвищеною експресією п’яти генів, з яких чотири належали до сімейства рецептора урокінази системи активації плазміногену (uPAR), яка задіяна, в тому числі, при загоєнні ран. Крім того, в тканині виявили експресію 93 малих РНК, з яких 42 виявилися раніше невідомі.

Захисти свій комп’ютер та смартфон

ESET NOD32

Незважаючи на те, що відома послідовність генома аксолотля значно просуне молекулярні методи вивчення регенерації, робота німецьких вчених примітна також своєрідним проривом в області збирання геномів. До появи технології PacBio секвенатори могли прочитувати невеликі фрагменти ДНК (50-200 пар основ), які було складно групувати, і для складання послідовностей з великою кількістю повторів це становило серйозну проблему. Попередніми найбільшими зібраними геномами стали геноми канадської ялини і ладанної сосни, які складають більше 20 мільярдів пар основ.

Здатність до регенерації, ймовірно була широко поширена серед первісних чотириногих хребетних, проте в процесі еволюції була загублена, і до теперішнього часу збереглася тільки у саламандр.

Джерело: http://www.sciencemag.org





Залишити відповідь