Около 100 миллионов лет назад группа наземных черепах вышла в океаны, в конечном итоге превратившись в морских черепах, которых мы знаем сегодня. Однако генетические основы, которые позволили им процветать в океанах по всему миру, остаются в значительной степени неизвестными.
В исследовании, недавно опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences , международная группа из 48 исследователей под руководством Массачусетского университета в Амхерсте в сотрудничестве с Институтом исследований зоопарков и дикой природы им. Лейбница и Проектом генома позвоночных выявила невероятно подробный генетический карта двух видов — зеленых и кожистых черепах — наполненная сюрпризами, которые могут стать ключом к их выживанию в быстро меняющемся мире.
Геном одного вида содержит генетический набор инструкций, используемых для создания этого вида, и секвенирование генома любого вида требует огромного объема работы. Это сродни переводу всей библиотеки на язык, который могут читать ученые, и это стало возможным только в последние несколько десятилетий. Для зеленых морских черепах с 2013 года доступен «черновой» геном, включающий примерно 100 000 фрагментов генетической информации.
«Но, — говорит Блэр Бентли, исследователь с докторской степенью в области охраны окружающей среды в Массачусетском университете в Амхерсте и ведущий автор нового исследования, — эти фрагменты генетической информации не были точно нанесены на карту. 100 000 страниц лежат на полу».
Чтобы более точно каталогизировать геномы черепах, международная команда обратилась к новым технологиям, включая секвенирование с длительным чтением — метод, недавно названный журналом Nature «Методом года 2022». Это позволило секвенировать геномы практически любого живого вида и сделать это с гораздо большей точностью, чем это было возможно ранее.
Секвенирование геномов черепах проводилось как в Рокфеллеровском университете, в Лаборатории генома позвоночных (VGL) под руководством Эриха Джарвиса, председателя VGP, и Оливье Федриго, директора VGL, так и в Молекулярном институте Макса Планка. Клеточная биология и генетика Юджина Майерса — все соавторы нового исследования. «Эти достижения позволили нам разместить все на полках в соответствии с десятичной системой Дьюи, чтобы мы могли начать понимать, как все сочетается друг с другом», — говорит Бентли.
Как только Бентли и его соавторы правильно организовали и аннотировали генетические данные, они начали находить сюрпризы. Во-первых, хотя зеленые и кожистые отделились от общего предка около 60 миллионов лет назад, их геномы удивительно похожи.
Похоже, но не то же самое. «Именно эти различия делают их уникальными», — говорит Лиза Комороске, профессор охраны окружающей среды Университета Массачусетса и один из двух ведущих авторов статьи. И именно эти различия могут быть ключом к долгосрочному выживанию каждого вида, особенно если учесть, что популяции как зеленых, так и кожистых видов резко сократились из-за деятельности человека.
Оказывается, у зеленых черепах развилось больше генов, отвечающих за иммунитет, что свидетельствует о том, что иммунная система лучше подготовлена к новым патогенам; а также больше обонятельных рецепторов — у них лучше обоняние. Геном кожистых спинок также показывает, что они снижают генетическое разнообразие и исторически имели более низкий уровень популяции.
«Это одновременно и благословение, и проклятие, — говорит Комороске, — потому что это означает, что, несмотря на то, что кожистые черепахи являются устойчивым видом, у них не так много генетического разнообразия, чтобы они могли эволюционировать, чтобы справиться с проблемами быстро меняющейся окружающей среды». Подобная информация поможет биологам-природоохранникам принимать более обоснованные решения о том, как лучше всего защитить этих животных, поскольку они сталкиваются с проблемами адаптации к нашей быстро меняющейся планете.
Более того, чем больше времени Бентли и Комороске проводили в геномах черепах, тем яснее становилось, что большая часть генетических различий между двумя видами заключается не в макрохромосомах, а в том, что когда-то считалось «генетическим мусором»: микрохромосомы, или небольшие генетические биты, которые, кажется, не существуют у млекопитающих, но характерны для геномов птиц и рептилий.
«Мы обнаружили большинство расхождений между зелеными и кожистыми на этих микрохромосомах, — говорит Камила Маццони, научный сотрудник Института изучения зоопарков и дикой природы им. важность микрохромосом в эволюции позвоночных».
