К такому выводу пришли комплексные международные исследования, проводимые Орегонским университетом в сотрудничестве с Институтом Броуда при Массачусетском технологическом институте и Гарвардским университетом. Исследователи секвенировали геном гар (Lepisosteus oculatus) – древней рыбы с твердой ромбовидной чешуей и длинным ртом, заполненным игольчатыми зубами. Их работа подробно описана в статье, опубликованной в журнале Nature Genetics.
По словам биолога из UO Джона Х. Postlethwait. «Многие гены, обнаруженные у человека, но не у рыбок данио, излюбленные для биомедицинских исследований, присутствуют в гар, и, аналогично, гены, присутствующие у рыбок данио, но не у людей, также находятся в гар», – сказал он. "Эта реликвия рыбы сохраняет характеристики предков, утраченные другими рыбами или людьми.
Кроме того, в гар обнаружены многочисленные эволюционно консервативные, некодирующие генетические элементы, которые часто связаны с заболеваниями человека, но не обнаруживаются непосредственно у рыбок данио и поэтому не могут быть изучены в популярной медицинской модели, сказал он.
«Суть в том, что последовательности некодирующих элементов были сохранены у людей, гар и рыбок данио – даже если они не кодируют белок, они должны делать что-то важное», – сказал Постлетвейт, который также является член Института неврологии UO. "Теперь, если вы сначала сравните человека с гар, а затем гар с рыбкой данио, тогда мы сможем связать. Гар – это мост."
Это открытие, по его словам, означает, что биомедицинские исследователи должны быть в состоянии идентифицировать генетический регион, связанный с заболеванием, у человека, найти соответствующий регион в пятнистом щуке и вставить его в соответствующее место на моделях рыбок данио или других рыб, чтобы потенциально понять болезнь. разработка.
«Потенциально существуют тысячи связей, которые могут быть установлены сейчас», – сказал ведущий автор Инго Брааш, научный сотрудник UO во время проекта, а теперь профессор Университета штата Мичиган. "Это указывает на лучший способ проведения биомедицинских исследований для изучения болезней человека. С более высокой точностью исследователи смогут найти нужный участок в геноме рыбок данио для разработки экспериментов и моделей мутаций."
Генетическая важность восходит к 450 миллионам лет назад, когда костные позвоночные разделились на две основные группы.
Рыбы с лопастными плавниками пошли в одну сторону, а рыбы с лучевыми плавниками – в другую. Люди и другие существа с конечностями появились вдоль линии ребристых плавников.
Линия лучевых плавников привела к появлению так называемых костистых рыб, которые сегодня являются наиболее распространенными рыбами: данио, колюшка, лосось, тунец, палтус и почти все рыбы, встречающиеся в домашнем аквариуме.
Гарс откололся от эволюционной линии с лучевыми плавниками до того, как дублирование генома дало начало костистым рыбам.
Исследователи пришли к выводу, что пятнистый щенок, не имея такой дупликации, сохранил консервативный генетический состав, включая многие целые хромосомы, подобные хромосомам у предков костных позвоночных.
«Гар развивается медленно, а это означает, что в своем геноме он сохранил больше наследственных элементов, чем другие линии, такие как, например, рыбки данио», – сказал Брааш. "Сравнение человека с гаром менее запутано, потому что гар не имеет всех этих дополнительных копий генов, которые есть у рыбок данио от дупликации генома у костистых насекомых."
«Освещая наследие дупликации генома, геном gar связывает биологию костистости с человеческим здоровьем, болезнями, развитием, физиологией и эволюцией», – пишут исследователи, в том числе восемь, связанные с UO.
Исследователи сообщают, что гары хорошо подходят в качестве геномных и лабораторных моделей. Другие группы лучевых плавниковых рыб, не являющиеся костистыми, – бичиры, осетровые, веслонос и боуфин – являются проблематичными из-за генетических изменений, произошедших в ходе эволюции их отдельных линий, или проблем с их выращиванием в лаборатории.
Для сравнения: выращивать гаров в лаборатории и получать эмбрионы для исследований развития относительно легко.
Гарс сегодня находится в U.S. штаты вдоль Мексиканского залива, вверх по реке Миссисипи до Мичигана в Северной Америке, а также в Центральной Америке и на Кубе. Пятнистые гары, собранные для исследования, были обнаружены в Луизиане в сотрудничестве с Эллис Феррара из Государственного университета Николс.
По словам Брааша, геном пятнистого гар открывает окно в эволюцию строения тела позвоночных, включая, например, то, как плавники превратились в конечности, которые позволили рыбе выходить на сушу. Кроме того, у гаров есть зубы с эмалью и прочные чешуйки, содержащие ганоин, который долгое время считался типом эмали, аналогичной той, которая встречается на человеческих зубах.
Исследования активности генов показывают, что наши зубы возникли в результате генетических программ, которые сформировали защитные чешуйки на коже древних бронированных рыб.
Соавтором статьи Nature Genetics является 61 исследователь из 33 институтов.