Arborele vieții mamiferelor redefinit: Mașina timpului genomic urmărește 100 de milioane de ani de evoluție – SciTechDaily

Cercetarea folosește genomul lui 241

” data-gt-translate-attributes=”[{[{„atribut”:”data-cmtooltip”, „format”:”html”}]”>specie și poate fi utilizat pentru a susține rezultatele sănătății animale și umane.

Cercetările conduse de o echipă de oameni de știință de la Școala de Medicină Veterinară și Științe Biomedicale din Texas A&M pun în pat dezbaterea științifică aprinsă cu privire la istoria diversificării mamiferelor în legătură cu dispariția dinozaurilor non-aviari. Munca lor oferă un răspuns definitiv la cronologia evoluției mamiferelor în ultimii 100 de milioane de ani.

Studiul, publicat pe 28 aprilie în jurnal Ştiinţă, face parte dintr-o serie de articole publicate de Proiectul Zoonomia, un consorțiu de oameni de știință din întreaga lume care utilizează cel mai mare set de date genomice de mamifere din istorie pentru a determina istoria evolutivă a genomului uman în contextul istoriei evoluției mamiferelor. Scopul lor final este de a identifica mai bine baza genetică a trăsăturilor și bolilor la oameni și alte specii.

Cercetarea Universității Texas A&M – condusă de Dr. William J. Murphy, profesor la Departamentul de Bioștiințe Integrative Veterinare, și Dr. Nicole Foley, cercetător asociat în laboratorul lui Murphy – are rădăcini în filogenie, o ramură a biologiei care se ocupă cu relaţiile evolutive şi diversificarea organismelor vii şi dispărute.

„Argumentul central este dacă mamiferele placentare (mamiferele care se dezvoltă în placente) s-au separat înainte sau după

” data-gt-translate-attributes=”[{[{„atribut”:”data-cmtooltip”, „format”:”html”}]”>Cretacic– Evenimentul de extincție a Paleogenului (sau K-Pg) care a distrus dinozaurii non-aviari”, a spus Foley. „Prin efectuarea de noi tipuri de analize posibile numai din cauza extinderii masive a Zoonomia, răspundem la întrebarea unde și când s-au diversificat și au evoluat mamiferele în raport cu extincția în masă a K-Pg.”

Cercetarea – care a fost efectuată cu colaboratori de la Universitatea din California, Davis; Universitatea din California, Riverside; și Muzeul American de Istorie Naturală – concluzionează că mamiferele au început să se diversifice înainte de dispariția K-Pg, ca rezultat al derivării continentale, care a făcut ca masele de pământ ale Pământului să se despartă și să se reunească de-a lungul a milioane de ani. Un alt puls de diversificare a avut loc imediat după dispariția K-Pg a dinozaurilor, când mamiferele aveau mai mult spațiu, resurse și stabilitate.

Această rată accelerată de diversificare a condus la o diversitate bogată de linii de mamifere – cum ar fi carnivore, primate și animale cu copite – care împart Pământul astăzi.

Cercetarea lui Murphy și Foley a fost finanțată de Fundația Națională de Știință și face parte din Proiectul Zoonomia condus de Elinor Karlsson și Kerstin Lindblad-Toh, de la Broad Institute, care compară, de asemenea, genomul mamiferelor pentru a înțelege baza unor fenotipuri remarcabile – expresia anumite gene, cum ar fi ochii căprui vs. albaștri — și originile bolii.

Foley a subliniat că diversitatea dintre mamiferele placentare se manifestă atât în ​​trăsăturile lor fizice, cât și în abilitățile lor extraordinare.

„Mamiferele de astăzi reprezintă o diversitate evolutivă enormă – de la zborul șuierător al micului liliac bondar până la alunecarea languidă a imensei balene albastre în timp ce înoată prin vastele oceane ale Pământului. Mai multe specii au evoluat pentru a ecoloca, unele produc venin, în timp ce altele au dezvoltat rezistență la cancer și toleranță virală”, a spus ea.

„A fi capabil să analizăm diferențele și asemănările comune între speciile de mamifere la nivel genetic ne poate ajuta să descoperim părțile genomului care sunt esențiale pentru reglarea expresiei genelor”, a continuat ea. „Îmbunătățirea acestei mașini genomice la diferite specii a condus la diversitatea trăsăturilor pe care le vedem la mamiferele vii de astăzi.”

Murphy a spus că filogenia rezolvată de Foley a mamiferelor este crucială pentru obiectivele Proiectului Zoonomia, care își propune să valorifice puterea genomicii comparative ca instrument pentru medicina umană și conservarea biodiversității.

„Proiectul Zoonomia are un impact cu adevărat, deoarece este prima analiză care aliniază 241 de genomi de mamifere diverse la un moment dat și utilizează aceste informații pentru a înțelege mai bine genomul uman”, a explicat el. „Impulsul major pentru alcătuirea acestui mare set de date a fost acela de a putea compara toți acești genomi cu genomul uman și apoi de a determina ce părți ale genomului uman s-au schimbat de-a lungul istoriei evoluției mamiferelor.”

Determinarea care părți ale genelor pot fi manipulate și care părți nu pot fi schimbate fără a afecta funcția genei este importantă pentru medicina umană. Un studiu recent în Science Translational Medicine, condus de unul dintre colegii lui Murphy și Foley, geneticianul Texas A&M, Dr. Scott Dindot, a folosit abordarea genomică comparativă pentru a dezvolta o terapie moleculară pentru sindromul Angelman, o tulburare neurogenetică devastatoare, rară, care este declanșată de pierdere. de funcţie a maternului UBE3A genă în creier.

Echipa lui Dindot a profitat de aceleași măsuri de constrângere evolutivă identificate de Proiectul Zoonomia și le-a aplicat pentru a identifica o țintă genetică crucială, dar necunoscută anterior, care poate fi folosită pentru a salva expresia UBE3A în neuronii umani.

Murphy a spus că extinderea capacității de a compara genomul mamiferelor prin utilizarea celui mai mare set de date din istorie va ajuta la dezvoltarea mai multor remedii și tratamente pentru afecțiunile altor specii înrădăcinate în genetică, inclusiv pisici și câini.

„De exemplu, pisicile au adaptări fiziologice bazate pe mutații unice care le permit să consume o dietă exclusiv bogată în grăsimi și proteine, care este extrem de nesănătoasă pentru oameni”, a explicat Murphy. „Unul dintre aspectele frumoase ale alinierii celor 241 de specii din Zoonomia este că putem alege orice specie (nu doar umană) ca referință și putem determina care părți ale genomului acelei specii sunt libere să se schimbe și care nu pot tolera schimbarea. În cazul pisicilor, de exemplu, putem fi capabili să ajutăm la identificarea adaptărilor genetice la acele specii care ar putea duce la ținte terapeutice pentru

” data-gt-translate-attributes=”[{[{„atribut”:”data-cmtooltip”, „format”:”html”}]”>boală cardiovasculară în oameni.”

Filogenia lui Murphy și Foley a jucat, de asemenea, un rol esențial în multe dintre lucrările ulterioare care fac parte din proiect.

„Este genomica care se scurge”, a explicat Foley. „Unul dintre cele mai mulțumitoare lucruri pentru mine când lucrez ca parte a unui proiect mai larg a fost să văd câte proiecte de cercetare diferite au fost îmbunătățite prin includerea filogeniei noastre în analizele lor. Aceasta include studii privind genomica de conservare a speciilor pe cale de dispariție la cele care au analizat evoluția diferitelor trăsături umane complexe.”

Foley a spus că a fost atât semnificativ, cât și plin de satisfacții să răspund definitiv la întrebarea amplu dezbătută despre momentul originii mamiferelor și să producă o filogenie extinsă care să pună bazele următoarelor generații de cercetători.

„În viitor, această aliniere masivă a genomului și înregistrarea sa istorică a evoluției genomului mamiferelor vor fi baza a tot ceea ce toată lumea va face atunci când pun întrebări comparative la mamifere”, a spus ea. „Este destul de mișto.”

Referință: „O scală de timp genomică pentru evoluția mamiferelor placentare” de Nicole M. Foley, Victor C. Mason, Andrew J. Harris, Kevin R. Bredemeyer, Joana Damas, Harris A. Lewin, Eduardo Eizirik, John Gatesy, Elinor K. Karlsson , Kerstin Lindblad-Toh, Zoonomia Consortium, Mark S. Springer, William J. Murphy, Gregory Andrews, Joel C. Armstrong, Matteo Bianchi, Bruce W. Birren, Kevin R. Bredemeyer, Ana M. Breit, Matthew J. Christmas, Hiram Clawson, Joana Damas, Federica Di Palma, Mark Diekhans, Michael X. Dong, Eduardo Eizirik, Kaili Fan, Cornelia Fanter, Nicole M. Foley, Karin Forsberg-Nilsson, Carlos J. Garcia, John Gatesy, Steven Gazal, Diane P Genereux, Linda Goodman, Jenna Grimshaw, Michaela K. Halsey, Andrew J. Harris, Glenn Hickey, Michael Hiller, Allyson G. Hindle, Robert M. Hubley, Graham M. Hughes, Jeremy Johnson, David Juan, Irene M. Kaplow , Elinor K. Karlsson, Kathleen C. Keough, Bogdan Kirilenko, Klaus-Peter Koepfli, Jennifer M. Korstian, Amanda Kowalczyk, Sergey V. Kozyrev, Alyssa J. Lawler, Colleen Lawless, Thomas Lehmann, Danielle L. Levesque, Harris A Lewin, Xue Li, Abigail Lind, Kerstin Lindblad-Toh, Ava Mackay-Smith, Voichita D. Marinescu, Tomas Marques-Bonet, Victor C. Mason, Jennifer RS ​​Meadows, Wynn K. Meyer, Jill E. Moore, Lucas R Moreira, Diana D. Moreno-Santillan, Kathleen M. Morrill, Gerard Muntané, William J. Murphy, Arcadi Navarro, Martin Nweeia, Sylvia Ortmann, Austin Osmanski, Benedict Paten, Nicole S. Paulat, Andreas R. Pfenning, BaDoi N Phan, Katherine S. Pollard, Henry E. Pratt, David A. Ray, Steven K. Reilly, Jeb R. Rosen, Irina Ruf, Louise Ryan, Oliver A. Ryder, Pardis C. Sabeti, Daniel E. Schäffer, Aitor Serres, Beth Shapiro, Arian FA Smit, Mark Springer, Chaitanya Srinivasan, Cynthia Steiner, Jessica M. Storer, Kevin AM Sullivan, Patrick F. Sullivan, Elisabeth Sundström, Megan A. Supple, Ross Swofford, Joy-El Talbot, Emma Teeling , Jason Turner-Maier, Alejandro Valenzuela, Franziska Wagner, Ola Wallerman, Chao Wang, Juehan Wang, Zhiping Weng, Aryn P. Wilder, Morgan E. Wirthlin, James R. Xue și Xiaomeng Zhang, 28 aprilie 2023, Ştiinţă.
DOI: 10.1126/science.abl8189