Genomurile remaniere ar putea explica inteligența cefalopodelor

The Scientist Magazine®

OCaramele, calmarii și sepiele – denumite împreună coleoide sau cefalopode cu corp moale – sunt uimitor de inteligenți, dextri și ingenioși. Ei rezolvă probleme, planifică viitorul și au cel mai mare sistem nervos dintre nevertebrate. Acum, două studii recente cu unii coautori comuni care au fost publicate în Comunicarea naturii pe 21 aprilie și 4 mai, descoperiți restructurarea cromozomială care ar putea explica modul în care au evoluat noutățile acestui grup curios.

Gül Dölen, un neurolog de la Universitatea Johns Hopkins care nu a fost implicat în niciunul dintre studii, spune că studiile îi vor ajuta pe oamenii de știință să înțeleagă modul în care genele, sinapsele și circuitele produc comportamente complexe. „Ca neurobiolog interesat de înțelegerea evoluției creierului, cred că acesta este un pas major înainte.”

Genomii cefalopodelor dezvăluie rearanjamente mari ale genelor

În 2015, unii dintre autorii din spatele noilor studii au secvențiat primul genom de cefalopod, cel al caracatiței cu două puncte din California (Caracatița bimaculoides). La acel moment, cercetătorii au observat că genele animalului păreau a fi aranjate diferit de cele ale altor animale. De obicei, „genele rămân pe același cromozom”, spune Oleg Simakov, biolog de dezvoltare la Universitatea din Viena din Austria și coautor al studiului din 2015, precum și al ambelor studii recent publicate. În caracatița cu două puncte din California, totuși, multe gene nu se aflau în locurile așteptate.

Octopus bimaculoides ) în fața unui fundal negru” title=”Caracatița cu două puncte din California ( Octopus bimaculoides ) în fața unui fundal negru”/>

Caracatița cu două puncte din California (Caracatița bimaculoides)

TOM KLEINDINST, LABORATOR DE BIOLOGIC MARIN

Cu toate acestea, semnificația evolutivă a acestei reordonări nu a fost clară și a devenit subiectul noilor studii publicate. „Am vrut să întrebăm: există vreo funcție?” își amintește Simakov. De asemenea, cercetătorii au vrut să se asigure că rearanjarea aparentă nu a fost un artefact al metodelor pe care le-au folosit pentru a asambla genomul cu ani în urmă. Pentru a răspunde la aceste întrebări, cercetătorii au avut nevoie de mai multe detalii – în special, aranjamentul cromozomial. „Dacă nu ai cromozomi, ai doar bucăți din genom”, spune Hannah Schmidbaur, fostă studentă absolventă a lui Simakov și co-autor al noilor studii.

Vedeți „Ce au învățat oamenii de știință punând caracatițe în aparatele RMN”

În studiul din 4 mai, cercetătorii au construit genomi la nivel de cromozom pentru caracatița cu două puncte din California și alte două cefalopode coleoide – calmarul de pe piața din Boston (Doryteuthis (Loligo) pealeii) și calmarul bobtail hawaian (Euprymna scolopes) – Prin combinarea secvențelor raportate anterior cu cele pe care le-au obținut prin captarea conformației cromatinei HiC, o metodă care leagă secvențele din apropiere pentru a dezvălui organizarea spațială a cromatinei. În comparație cu genomul unora dintre rudele lor de moluște, genomurile cefalopodelor coleoide sunt foarte divergente, spune Simakov. „Aveți acest mozaic de cromozomi, în care cromozomii ancestrali au fost sparți și bucăți fuzionate aleatoriu unul cu celălalt, formând noi cromozomi”. Chiar și în comparație unul cu celălalt, cei trei genomi sunt foarte rearanjați, notează el – un grad de rearanjare care a fost o surpriză.

Intrând în lucrare, Simakov spune că unii cercetători se așteptau ca genomul cefalopodelor să dezvăluie o duplicare străveche a întregului genom. Schmidbaur observă că o duplicare a cromozomilor a avut loc la începutul evoluției vertebratelor și evenimentul este adesea creditat cu furnizarea de hrană genetică pentru creierele complexe ale grupului și alte trăsături notabile. Dar nu a avut loc o astfel de duplicare la cefalopodele coleoide, spune Simakov. „Există doar o copie a fiecărei gene, dar cromozomii au fost încă rupti și au suferit – nu știm mecanismul exact cum – mișcări”, spune el. „Prin combinarea diferitelor bucăți de cromozomi ancestrali altfel conservați, s-au format noi cromozomi”.

Crearea de noi funcționalități prin gruparea de noi gene împreună

Înțelegerea semnificației evolutive a acestei reorganizări genetice a necesitat o mărire a ordinii genelor. Deci, pentru cealaltă lucrare nouă, cercetătorii s-au concentrat pe ordinea genelor din genomul calmarului bobtail din Hawaii. Ei au descoperit că genele împrăștiate în genomul altor nevertebrate marine s-au reunit în anumite zone ale cromozomilor calmarului, creând aproximativ 500 de așa-numitele blocuri de gene noi, sau microsintenii, spune Akane Kawaguchi, biolog molecular la Institutul de Cercetare a Moleculare. Patologia la Viena și unul dintre coautorii acestui studiu.

Vezi „Caracatițele pe extaz dezvăluie aspecte comune cu oamenii”

Apariția acestor noi grupuri de gene este legată de rearanjamentele cromozomiale la scară largă observate la cefalopodele coleoide, spune Simakov, deoarece fuziunea regiunilor disparate anterior este ceea ce a creat microsinteniile. Și aceste rearanjamente afectează probabil expresia genelor, spune Kawaguchi Omul de știință. „Dacă trei gene se află pe cromozomi diferiți, expresia lor nu este reglementată în același timp sau [in the] același țesut”, notează ea; totuși, dacă sunt unul lângă celălalt, expresia lor ar putea fi mai coordonată.

Un calmar de coastă cu înotătoare lungă de Atlantic (<em> Doryteuthis pealeii </em>) în apă puțin adâncă” title=”Un calmar de coastă cu înotătoare lungă de Atlantic (<em> Doryteuthis pealeii </em>) în apă puțin adâncă”/></source></source></source></source></source></source></picture></div><figcaption class=

Calamar de coastă cu înotătoare lungă de Atlantic (Doryteuthis pealeii)

ELAINE BEARER

Într-adevăr, echipa a descoperit că noile grupuri de gene au afectat expresia. Cercetătorii au analizat un anumit grup de gene care sunt răspândite pe scară largă în doi cromozomi din scoici. Mizuhopecten yessoensis dar sunt dens împachetate ca un grup într-un cromozom al calmarului bobtail din Hawaii. In situ hibridizarea la calmarul bobtail a arătat că toate genele din acest grup sunt exprimate în regiunea centrală a creierului, dar și în țesuturi și organe unde nu sunt exprimate în scoici, cum ar fi branhiile lor. „Credem că, cel mai probabil, adunând aceste gene împreună și facilitând o nouă reglementare, ele ar putea juca un rol în evoluția sistemului nervos”, spune Schmidbaur.

Simakov admite că studiile „nu oferă răspunsul final” dacă aceste noi regiuni genice se află în spatele creierului impresionant al creaturii. „Nu avem o dovadă, dar găsim o asociere că aceste gene sunt active în anumite țesuturi despre care oamenii știu că sunt importante pentru biologie și ceea ce contribuie la a face cefalopodele unice”. El vede testele funcționale ca următorul pas mare pentru a studia modul în care microsinteniile afectează biologia și dezvoltarea animalelor.

Cefalopodele au „toate aceste moduri ciudate și minunate de a-și crește complexitatea și diversitatea în moduri pe care vertebratele nu le-au încercat niciodată”, conchide Culum Brown, biolog la Universitatea Macquarie din Australia, care nu a fost implicat în studiu. „Este o modalitate complet unică de a ajunge la același tip de rezultate pe care le-au obținut vertebratele”.

Brown consideră că rezultatele microsinteniei sunt „potențial interesante” și se așteaptă ca rezultate similare să fie observate la alte cefalopode coleoide. „Nu este chiar atât de surprinzător că acestea [gene] Familiile apar ca unice și ies din analiză, dar este oarecum cool.” Oricum, el spune că este clar că animalele îi pot învăța pe cercetători multe despre biologie, deoarece ei continuă „făcând aceste lucruri ciudate pe care nimeni nu le-a crezut vreodată posibile”.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.