Tidernas största genomjämförelse kartlägger djurens evolution längs irreversibla motorvägar

Forskare vid universitetet i Wien har genomfört den största jämförelsen någonsin av djurgenom på kromosomnivå, vilket avslöjar att utvecklingen av djurs DNA-arkitektur följer en begränsad uppsättning enkelriktade "evolutionära motorvägar" snarare än att förändras slumpmässigt. Studien, som publicerades den 19 augusti i Science Advances, introducerar ett ramverk kallat evolutionär genomtopologi som projicerar den strukturella mångfalden hos 5 821 genom från 4 454 arter över 19 djurfyla på en enda karta.univie+1

En 600 miljoner år gammal vägkarta

Alla nu levande djur härstammar från en gemensam förfader som existerade för mer än 600 miljoner år sedan. Sedan dess har kromosomer smält samman, delats och omorganiserats, men fram till nu har det inte varit möjligt att förstå dessa förändringar över hela djurlivets bredd. Den nya studien, ledd av Darrin Schultz och Oleg Simakov, övervann detta hinder genom att arbeta uteslutande med sammansättningar på kromosomnivå, som placerar varje gen i ordning längs kompletta kromosomer istället för att erbjuda den fragmenterade "utkastvy" som är typisk för de flesta sekvenserade genom.sflorg+1

"För första gången kan vi se tusentals genom på en enda karta och spåra de unika vägar längs vilka djurs DNA har utvecklats," sa Schultz, som utförde arbetet som postdoktor i Wien och nu är biträdande professor vid Lehigh University.univie+1

Fusion med blandning: En enkelbiljett

Kärnan i resultaten är en process som teamet kallar "fusion med blandning". När två förfäders kromosomer smälter samman blandas deras gener permanent på ett sätt som inte kan göras ogjort. Eftersom processen är irreversibel fungerar den som en pålitlig markör för gemensamt ursprung och skjuter in stora djurgrupper i distinkta, icke-överlappande regioner av vad forskarna kallar "genomarkitektur-rymd".sflorg+1

"Att förstå dessa evolutionsregler berättar inte bara om det förflutna," sa Simakov. "Det låter oss också fråga vart genomevolutionen kan ta vägen härnäst och gör det möjligt för oss att identifiera viktiga åtgärder för bevarandet av djurens biologiska mångfald".univie

Implikationer för bevarande och framtida forskning

Ramverket flaggar linjer som upptar unika, isolerade positioner på kartan, grupper som glassvampar, myggor och daggmaskar vars genomarkitektur saknar nära paralleller. Sådana evolutionärt distinkta organismer skulle kunna prioriteras för djupare studier eller bevarandeinsatser. Teamet demonstrerade också att topologin kan simulera möjliga framtida riktningar för genomevolution, vilket erbjuder ett verktyg för att utforska hur den biologiska mångfalden kan fortsätta att förändras.lifescience+1