Oni od vas koji su pohađali biologiju u srednjoj školi možda se sjećaju lanceleta, također poznatog kao amfioksus. Njegov pojednostavljeni plan karoserije poznat je po tome što sadrži niz značajki koje su mu zajedničke nas kralježnjaka, kao što je dorzalna neuralna cijev, prisutnost notohorde, segmentirani tjelesni mišići i rep. Ta kombinacija jednostavnosti i zajedničkih značajki mnogima je sugerirala da bi amfioksus mogao rasvijetliti podrijetlo hordata. Ta je pretpostavka dramatično potvrđena kompletiranjem genoma floridskog lanceleta, Branchiostoma floridae, objavljen danas u Priroda, uz tri popratne publikacije koje će izaći kasnije u Istraživanje genoma.
Osnovna statistika o genomu nije ništa posebno neobično. B. floridae nosi oko 22 000 gena koji kodiraju proteine na 520 megabsa DNK. Autori su upotrijebili sekvenciranje cijelog genoma s 11-erostrukim pokrivanjem kako bi većinu toga stavili u velike dijelove kontinuirane sekvence, ali elementi koji se ponavljaju - čini se da su oko 30 posto genoma transpozoni - ograničava ukupnu veličinu dionica koje se mogu rekonstruiran. Čini se da je divlja populacija ove životinje iznimno genetski raznolika. Iako je DNK dobiven od jedne životinje, roditelji životinje doprinijeli su kromosomima koji se razlikuju u 3,7 posto njihovih baza (brojka za ljude je 0,1 posto). Gotovo sedam posto genoma prekriveno je polimorfizmima koji uključuju umetanja ili brisanja.
Slika: Nipam Patel i Nicholas Putnam.
Ali genetska raznolikost nije razlog zašto je životinja sekvencirana. Autori su izvršili opsežne usporedbe između njegovog genoma i genoma drugih hordata, uključujući kralješnjake i urohordate (koji se nazivaju i plaštaši). Po svim mjerama, amphioxus je identificirani najbazalniji hordat, što znači da je bio prvi skupina koja se odvojila od zajedničkog pretka svih hordata, za koje se vjeruje da su postojali prije kambrijski.
Za mnoge je to bilo pomalo iznenađenje, budući da amfioksus zadržava živčanu žilu cijeli život. Tunikati, nasuprot tome, imaju živčanu vrpcu samo tijekom embrionalne faze; kasnije sazrijevaju u radijalno simetrični oblik koji ima difuzniju mrežu živaca. Svi podaci, međutim, upućuju na to da je razvoj plašta kasnija prilagodba. Na genomskoj razini, čini se da je to bilo popraćeno velikim miješanjem kromosoma, značajnim gubitkom gena i brzim promjenama proteinskih sekvenci.
Nasuprot tome, čini se da su i amphioxus i kralježnjaci zadržali mnoge značajke tog zajedničkog pretka. Autori su uspjeli identificirati oko 8400 skupina gena koji su bili prisutni u hordatnom pretku. I kod amfioksusa i kod kralježnjaka, oni čine otprilike 13 000 ukupnih gena. Oko 85 posto introna koji prekidaju gene nalazi se na identičnim mjestima u obje skupine.
Još je upečatljivije grupiranje gena. Svi genomi kralježnjaka imaju područja koja su "sintenička", gdje su i identitet i redoslijed gena identični, što sugerira da su zadržani od zajedničkog pretka. Izravna sintenija između kralježnjaka i amfioksusa je loša, jer je precizan redoslijed mnogih gena promiješan, ali je grupiranje gena vrlo slično u obje vrste hordata. Koristeći grupiranje sličnih gena, autori su uspjeli rekonstruirati 17 "protokromosoma" koji su vjerojatno bili prisutni u pretku svih hordata prije više od 500 milijuna godina.
Na temelju ovih 17 skupina povezanih gena, autori su mogli utvrditi da je loza koja je proizvela kralješnjake Čini se da je prošao kroz dvije duplikacije cijelog genoma, ostavljajući ih s osam kopija svakog gena, umjesto predaka dva. Kao i u drugim primjerima dupliciranja cijelog genoma, većina tih dodatnih kopija je izgubljena, ali se čini da gubitak nije ravnomjerno raspoređeni: kralješnjaci imaju više dodatnih kopija gena koji rade zanimljive stvari, poput transkripcije i razvoja regulatori. Autori primjećuju da su geni uključeni u signalizaciju zadržani u dvostruko većoj prosječnoj stopi, navodeći: "Ovi rezultati su u skladu s hipotezom da su paralozi [dodatne kopije] stvoreni umnožavanjem cijelog genoma angažirani za uloge u razvoju novih značajki kralješnjaka biologija."
Evolucija tih novih značajki mogla se dogoditi kroz promjene u načinu na koji su ti geni regulirani; autori su uspjeli identificirati samo 56 sekvenci za koje se činilo da su konzervirana regulatorna DNK. Oni predstavljaju najudaljenije sačuvane pojačivače gena ikada identificirane.
Sve u svemu, to sugerira da kralježnjaci, unatoč svom postojanju od pola milijarde godina i nevjerojatnoj raznolikosti oblika, još uvijek zadržavaju velik dio genetske ostavštine prvih hordata. Upravo su ova otkrića razlog zašto je amfioksus bio cilj sekvenciranja, stoga je lijepo vidjeti kako su očekivanja tako bogato nagrađena.
Priroda, 2008. DOI: 10.1038/nature06967
Daljnje gledanje:
Oni od vas koji više vole svoje podatke u video obliku mogu pogledati Govor Petera Hollanda od nedavnog evolucijski simpozij čiji je domaćin Sveučilište Rockefeller.
