Бактерии, жизненно важные для здоровья всех животных, также сыграли важную роль в эволюции животных и их тканей. Чтобы понять, как со временем животные эволюционировали вместе с бактериями, исследователи обратились к гавайскому бобтейлу Euprymna scolopes .
В новом исследовании, опубликованном на этой неделе в Слушаниях Национальной Академии Наук , международная группа исследователей во главе с доцентом UConn молекулярной и клеточной биологии Спенсером Найхолмом секвенировала геном этого маленького кальмара, чтобы идентифицировать уникальные эволюционные следы в симбиотике. органы, дающие подсказки о том, как органы, которые содержат бактерии, особенно подходят для этого партнерства.
Первый геном кальмара был секвенирован Нихольмом вместе с Джейми Фостером из Университета Флориды, Олегом Симаковым из Венского университета и Махди Белкейдом из Гавайского университета. Например, команда обнаружила несколько неожиданностей, что геном гавайского кальмара-бобтейла в 1,5 раза больше человеческого генома.
Сравнивая геном E. scolopes с его двоюродным братом, осьминогом, исследователи показывают, что общий предок как осьминога, так и гавайского кальмара-бобтейла прошел значительную генетическую перестройку, реорганизовав и увеличив размер генома. Это «обновление», вероятно, дало головоногим животным возможности для увеличения сложности, включая новые органы, такие как те, которые содержат бактерии.
«Гавайский кальмар-бобтейл более 30 лет служит образцом организма для изучения симбиоза», — отмечает Нихольм. «Наличие генома поможет исследователям, которые изучают эти взаимодействия, а также тем, кто изучает различные области биологии, такие как развитие животных и сравнительная эволюция».
У многих животных есть органы, которые содержат бактерии. В кишечнике человека содержатся триллионы бактерий, которые играют важную роль в пищеварении, иммунной функции и общем состоянии здоровья. Понимание того, как эти отношения поддерживаются путем определения генов, которые помогают животным взаимодействовать с бактериями, закладывает основу для дальнейшего познания человеческого тела. Гавайский кальмар бобтейл — отличная модель для идентификации этих генов благодаря симбиотическим отношениям с полезными микробами и использованию его многими учеными для изучения связи между бактериями и животными.
Гавайский кальмар бобтейл имеет два разных симбиотических органа, и исследователи смогли показать, что каждый из них прошел свой путь в своей эволюции. У этого особого вида кальмаров есть легкий орган, который питает светоносную или биолюминесцентную бактерию, которая позволяет кальмару скрываться от хищников. В какой-то момент в прошлом произошло значительное «событие дублирования», которое привело к повторным копиям генов, которые обычно существуют в глазу. Эти гены позволили кальмару управлять светом, генерируемым бактериями.
Еще одним открытием было то, что в добавочной нидаментальной железе, женском репродуктивном органе, было обогащение генами, которые являются «сиротскими генами», или генами , которые были обнаружены только у кальмара бобтейла, а не у других организмов.
«Кальмар и осьминог показали очень уникальную структуру генома, в отличие от других животных, — говорит Симаков, — подтверждая предыдущие сообщения об их необычной природе и сложности».
Фостер отмечает, что выявление этих необычных и сложных деталей непосредственно применимо к изучению других взаимоотношений бактерий и животных.
«Микробы являются основными факторами эволюции животных и их тканей», — говорит она. «Результаты нашего исследования помогли определить« историю происхождения »тех тканей, которые содержат микробы животного, и помогут разделить генетические процессы, с помощью которых эти различные типы инноваций могут происходить у животных».
