Tidenes største genom-sammenligning kartlegger dyrs evolusjon langs irreversible motorveier

Forskere ved Universitetet i Wien har gjennomført tidenes største sammenligning av dyregenomer på kromosomnivå, og avdekket at utviklingen av dyrs DNA-arkitektur følger et begrenset sett med enveis "evolusjonære motorveier" fremfor å endre seg tilfeldig. Studien, som ble publisert 19. august i Science Advances, introduserer et rammeverk kalt evolusjonær genom-topologi som projiserer det strukturelle mangfoldet til 5 821 genomer fra 4 454 arter på tvers av 19 dyrerekker inn på et enkelt kart.univie+1

Et 600 millioner år gammelt veikart

Alle nålevende dyr stammer fra en felles forfar som eksisterte for mer enn 600 millioner år siden. Siden den gang har kromosomer smeltet sammen, delt seg og omorganisert seg, men frem til nå har det ikke vært mulig å forstå disse endringene på tvers av hele dyrelivets bredde. Den nye studien, ledet av Darrin Schultz og Oleg Simakov, overvant denne barrieren ved å jobbe utelukkende med samlinger på kromosomnivå, som plasserer hvert gen i rekkefølge langs komplette kromosomer i stedet for å tilby det fragmenterte "utkastet" som er typisk for de fleste sekvenserte genomer.sflorg+1

"For første gang kan vi se tusenvis av genomer på et enkelt kart og spore de unike stiene som dyrs DNA har utviklet seg langs," sa Schultz, som utførte arbeidet som postdoktor i Wien og nå er førsteamanuensis ved Lehigh University.univie+1

Fusjon med blanding: En enveisbillett

Kjernen i funnene er en prosess teamet kaller "fusjon med blanding". Når to forfedres kromosomer smelter sammen, blandes genene deres permanent på en måte som ikke kan gjøres om. Fordi prosessen er irreversibel, fungerer den som en pålitelig markør for felles opphav og dytter store dyregrupper inn i distinkte, ikke-overlappende regioner av det forskerne kaller "genom-arkitektur-rom".sflorg+1

"Å forstå disse evolusjonsreglene forteller oss ikke bare om fortiden," sa Simakov. "Det lar oss også spørre hvor genom-evolusjonen kan gå videre, og gjør oss i stand til å identifisere viktige tiltak for bevaring av dyrs biologiske mangfold".univie

Implikasjoner for bevaring og fremtidig forskning

Rammeverket markerer linjer som opptar unike, isolerte posisjoner på kartet, grupper som glassvamper, mygg og meitemark, hvis genom-arkitektur ikke har noen nær parallell. Slike evolusjonært distinkte organismer kan prioriteres for dypere studier eller bevaringstiltak. Teamet demonstrerte også at topologien kan simulere mulige fremtidige retninger for genom-evolusjon, noe som tilbyr et verktøy for å utforske hvordan det biologiske mangfoldet kan fortsette å endre seg.lifescience+1