Скрытое в генетике: выявлены эволюционные связи двух групп древних беспозвоночных

Kamptozoa и Bryozoa — два типа мелких водных беспозвоночных. Они связаны с улитками и моллюсками (вместе называемыми моллюсками), щетинистыми червями, дождевыми червями и пиявками (вместе называемыми кольчатыми червями) и ленточными червями (немертеями). Но их точное положение на древе жизни и то, насколько тесно они связаны с этими другими животными, всегда озадачивало биологов-онистов. Предыдущие исследования последовательно перемещали их. Более того, хотя Kamptozoa и Bryozoa изначально считались одной группой, они были разделены на основании их внешнего вида и анатомии. Теперь, используя передовые технологии секвенирования и мощный вычислительный анализ, ученые из Окинавского института науки и технологий последипломного университета (OIST) в сотрудничестве с коллегами из Санкт-Петербургского университета и Университета Цукуба обнаружили, что два типа отделились от моллюсков и червей раньше, чем предполагали предыдущие исследования, и, таким образом, они действительно образуют отдельную группу.


«Мы показали, что, используя высококачественные транскриптомные данные, мы можем ответить на давний вопрос в меру наших современных методов», — сказал д-р Константин Халтурин, научный сотрудник отдела морской геномики OIST и первый автор статьи, опубликованной в Научные достижения.

Геном — это полный набор генетической информации, содержащейся в каждой клетке. Он подразделяется на гены. Эти гены состоят из пар оснований ДНК, и каждый ген содержит инструкции, необходимые для создания белка, и, таким образом, обеспечивает надлежащий уход и обслуживание клетки. Чтобы инструкции выполнялись, ДНК должна быть сначала транскрибирована в РНК. Результатом этого является транскриптом, подобный отражению генома, но записанный в парах оснований РНК, а не в ДНК.

Эта генетическая информация различается у разных видов. Те, кто находится в близком родстве, имеют очень схожую генетическую информацию, в то время как большее эволюционное расстояние приводит к большему количеству генетических различий. Используя эти данные, исследователи улучшили наши знания об эволюции животных, но на некоторые вопросы все еще трудно ответить.

Поскольку Kamptozoa и Bryozoa тесно связаны с моллюсками, кольчатыми червями и немертами, небольшие ошибки в наборе данных или отсутствующие данные могут привести к неправильному размещению на эволюционном дереве. Кроме того, при сборе этих крошечных животных легко обнаружить другие организмы, такие как водоросли, которые загрязняют образец. Доктор Халтурин подчеркнул, что они были осторожны, чтобы избежать загрязнения, а затем проверили свой набор данных на наличие РНК водорослей и мелких животных, чтобы удалить все, что могло быть получено от них.

В общей сложности исследователи секвенировали транскриптом четырех видов Kamptozoa и двух видов Bryozoa, но на гораздо более высоком уровне качества, чем это было достигнуто ранее. В то время как прошлые наборы данных имели полноту 20-60%, в этом исследовании полнота транскриптома составила более 96%.

Используя эти транскриптомы, они предсказали белки и сравнили их с аналогичными данными по 31 другому виду, некоторые из которых были тесно связаны с Kamptozoa и Bryozoa, такими как моллюски и щетинистые черви, а другие были более далекими, такими как лягушки, морские звезды, насекомые, и медузы. Высококачественные наборы данных означали, что они могли одновременно сравнивать множество различных генов и белков. Доктор Халтурин высоко оценил мощные вычислительные возможности, к которым исследователи могли получить доступ в OIST.

«Наш главный вывод состоит в том, что эти два типа принадлежат друг другу», — сказал доктор Халтурин. «Этот результат был первоначально предложен в 19 веке биологами, которые группировали животных на основе их внешнего вида».

Хотя д-р Халтурин заявил, что на этот вопрос теперь дан ответ в меру имеющихся возможностей, он также подчеркнул, что набор данных может ответить на другие фундаментальные эволюционные вопросы, такие как более точное местонахождение моллюсков и кольчатых червей на древе жизни и как жизнь разнообразная.