Биологи реконструировали 624 предковых генома эукариот

Французские биологи представили алгоритм AGORA, который позволяет реконструировать предковые геномы эукариот. На данный момент ученые смогли восстановить 624 предковых генома, они доступны в базе данных Genomicus. В их числе впервые реконструированные геномы предка лемуров и их ближайших родственников и предка всех рукокрылых. Препринт работы опубликован на сайте bioRxiv.

Первые методы секвенирования ДНК — то есть определения ее нуклеотидной последовательности — появились в 70-х годах прошлого века. Спустя два десятилетия удалось секвенировать первый полный геном клеточной формы жизни — бактерии Haemophilus influenzae. С тех пор ученые прочитали геномы тысяч организмов, в том числе и человека, практически полный геном которого опубликовали в 2003 году (совсем недавно биологи объявили, что прочитали оставшиеся восемь процентов). При этом геномы современных организмов можно сравнить между собой — и реконструировать геном их общего предка. Например, ученые из проекта Ancestral Genomes на данный момент восстановили 111 предковых геномов живых организмов.

Матьё Муффато (Matthieu Muffato) из Института биологии Высшей нормальной школы в Париже и его коллеги смогли реконструировать еще больше предковых геномов. Ученые представили алгоритм AGORA (Algorithm for Gene Order Reconstruction in Ancestors), который позволяет реконструировать предковые геномы и кариотипы эукариотических организмов. С его помощью биологи уже смогли восстановить 624 предковых генома животных, грибов, растений и протистов. При этом 183 из них представляют практически полные хромосомные реконструкции.

К примеру, ученые реконструировали геном последнего общего предка бореоэутериев (Boreoeutheria), жившего около 95 миллионов лет назад. К этой группе в наши дни относится большинство плацентарных млекопитающих, в том числе приматы, грызуны, хищные и копытные. Также исследователи реконструировали геном предка злаковых (Poaceae), который обитал примерно 50 миллионов лет назад. Эти предковые геномы были восстановлены ранее при помощи других методов, но Муффато и его коллеги представили также геномы, реконструированные впервые. В их числе геномы предка мокроносых приматов (Strepsirrhini) — лемуров, лори и руконожек — и предка рукокрылых (Chiroptera).

Исследователи также смогли определить скорость, с которой эволюционировали кариотипы. Так, скорость изменения кариотипа гиббонов оказалось очень высокой — их геном образовался за счет 60 межхромосомных перестроек генома предка, жившего 25 миллионов лет назад. Геном собаки тоже эволюционировал довольно быстро, в отличие от генома калифорнийского морского льва, которого от предкового генома всех собакообразных (Caniformia) отделяют только слияния трех хромосом. Ученые отмечают, что полученные результаты согласуются с данными других исследований, в том числе с цитогенетическими.

По словам авторов, AGORA похож на предыдущие алгоритмы, однако он позволяет реконструировать геномы с более высокой точностью. Но это вовсе не означает, что в будущем появится возможность возродить организмы, исчезнувшие миллионы лет назад, так как невозможно реконструировать последовательность некодирующей ДНК. Однако предковые геномы все же могут рассказать нам много нового о биологии древних организмов и о деталях эволюции современных групп.

Ученые пытаются реконструировать геномы не только предков животных или растений, но и геном предка всех существующих ныне организмов, которого биологи называют LUCA. О нем мы подробно рассказывали в нашем материале «Это все от Луки».

Семён Морозов