Новый анализ показал, что геномы осьминогов и кальмаров невероятно странные

Геном головоногих “невероятно запутан”, – говорит биолог по развитию Кэролайн Альбертин, которая возглавила одно из двух новых исследований, выявивших странные повороты в генетической истории этих головоногих.

В ходе масштабной работы Альбертин с коллегами секвенировали геномы трех мягкотелых головоногих: калифорнийского двупятнистого осьминога (Octopus bimaculoides) – первого осьминога, геном которого был секвенирован еще в 2005 году; атлантического длинноперого прибрежного кальмара (Doryteuthis pealeii), который почти сто лет изучался как модельная система для неврологии, и гавайского кальмара (Euprymna scolopes) – эталонного животного для изучения симбиоза бактерий и животных.

Гавайский бобтейл кальмар использует кластеры своих цветных генов

Исследователи обнаружили множество новых семейств генов, многие из которых экспрессируются в мозге кальмара, а также расширение уже знакомых нам генов, таких как кластеры генов, участвующих в изменении окраски головоногих моллюсков, их присосок и клювов.

Другие уникальные расширения генов включают гены протокадхерина, которые могут быть вовлечены в создание сложных нервных систем как у человека, так и у головоногих. Однако у головоногих моллюсков разнообразие в этом гене создается за счет целых копий (у человека эта вариация возникает в результате различных способов экспрессии генов).

Эти копии помогли геномам головоногих стать большими: геном Doryteuthis примерно в 1,5 раза больше нашего, а геном калифорнийского двупятнистого осьминога – на 90% больше нашего.

В отличие от нас, наши геномы расширялись в процессе дупликации всего генома, что объясняется нашей повышенной сложностью и способностью создавать новые эволюционные особенности. Похоже, что головоногие претерпели такие же масштабные изменения, но, как и во многих других вещах, они добавили свой уникальный стиль.

“Теперь мы знаем, что эволюция мягкотелых головоногих включала в себя такие же масштабные изменения генома, но эти изменения не являются дублированием целого генома, а скорее огромными перестройками генома, как если бы геномы предков были помещены в блендер”, – объясняет нейробиолог Клифтон Рэгсдейл из Чикагского университета.

Атлантический длиннопёрый прибрежный кальмар

Возможно, эта генетическая перетасовка дала этим уникальным морским животным впечатляющие когнитивные способности, наделив их самой большой нервной системой среди всех беспозвоночных. Между руками и головой у осьминогов насчитывается около 500 миллионов нейронов, что сравнимо с количеством, которым обладают собаки.

“Мы сравнили геном кальмара с геномом гребешка и обнаружили, что многие гены, которые были разбросаны в геноме гребешка, собрались вместе на определенных участках хромосом кальмара. Эти новые кластеры генов образуют регуляторные единицы. Это означает, что они могут взаимодействовать друг с другом и изменять физиологию животного”, – говорит молекулярный патолог Акане Кавагучи, соавтор второго исследования, в котором был более подробно рассмотрен геном кальмара бобтейла.

“Один из кластеров генов в геноме кальмара содержит пять основных генов, участвующих в развитии нервной системы”.

Кластеризация связанных генов позволила упорядочить и создать уникальные формы генетической регуляции.

Калифорнийский двупятнистый осьминог

И, наконец, знаменитая способность головоногих редактировать собственные гены мозга. Эта способность к редактированию мессенджерной РНК встречается лишь в нескольких важных белках нервной системы у человека, менее чем в 1 проценте, но у головоногих она распространена гораздо шире.

Обычно изменения в строении животного происходят с мутациями в его ДНК. Но в данном случае изменения происходят в мессенджерной РНК, которая строит белки. Есть предположение, что эта способность позволяет головоногим моллюскам более гибко и быстро адаптироваться к окружающей среде, когда строитель может импровизировать, чтобы соответствовать новым условиям, но это еще не до конца установлено.

Альбертин и ее команда обнаружили, что редактирование РНК у животных подразделяется на две различные категории: нейронные и ненейронные редактирования. Они не только происходят в разных тканях, но и частота, с которой происходит редактирование, резко отличается, причем редактирование, связанное с нервной системой, происходит гораздо чаще, что позволяет предположить, что оно чрезвычайно важно для функционирования этих животных.

Все эти необычные механизмы внесли свой вклад в создание инопланетного разума, которым мы все сейчас восхищаемся, за 300 миллионов лет, прошедших с тех пор, как кальмар и осьминог имели общего предка. Нам не терпится узнать, что еще откроют их странные геномы.

Это исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Источник

Связанные публикации: