Un pește cu un genom de 30 de ori mai mare decât al nostru a fost secvențiat

Când au fost descoperite pentru prima dată, celacantul a provocat multă emoție. Era un exemplu viu al unui grup de pești despre care se credea că există doar ca fosile. Și nu orice grup de pești. Coelacanths și rudele lor, cu înotătoarele lor lungi, asemănătoare tulpinii, se crede că includ strămoșii tuturor vertebratelor care nu sunt pești – tetrapode sau vertebrate cu patru membre. Aceasta înseamnă, printre multe alte lucruri, noi.

Dar de atunci s-au acumulat dovezi că suntem mai aproape de peștii pulmonari, care trăiesc în apă dulce și se găsesc în Africa, Australia și America de Sud. Dar peștii pulmonari sunt puțin ciudați. Speciile africane și sud-americane au văzut înotătoarele asemănătoare membrelor strămoșilor lor micșorându-se în filamente subțiri și flexibile. Obținerea unei perspective asupra istoriei sale evolutive s-a dovedit dificilă, deoarece conține cel mai mare genom cunoscut la animale, genomul de pește pulmonar din America de Sud conținând mai mult de 90 de miliarde de perechi de baze. Aceasta este de 30 de ori cantitatea de ADN pe care o avem.

Dar noua tehnologie de secvențiere a făcut acest tip de provocare mai accesibilă, iar o colaborare internațională a finalizat acum cel mai mare genom de până acum, cu toți cromozomii, cu excepția unui singur, purtând mai mult ADN decât genomul uman. Această lucrare indică o istorie în care peștii pulmonari din America de Sud au adăugat încă 3 miliarde de baze de ADN la fiecare 10 milioane de ani în ultimii 200 de milioane de ani, totul fără a adăuga un număr mare de noi gene. În schimb, se pare că și-a pierdut capacitatea de a ține sub control ADN-ul nedorit.

Merg lung

Această lucrare a fost posibilă printr-o tehnică numită în mod obișnuit „secvențiere lungă de citire”. Majoritatea genomurilor au fost completate folosind citiri scurte, de obicei în intervalul 100-200 de perechi de baze. Cheia a fost de a face suficientă secvențiere, astfel încât fiecare bază din genom să fie secvențiată de mai multe ori în medie. În consecință, un program de calculator proiectat inteligent poate determina unde se suprapun două bucăți de secvență, poate înregistra aceasta ca o bucată mai lungă de secvență și poate repeta procesul până când computerul scoate lanțuri lungi de baze adiacente.

Problema aici este că majoritatea speciilor non-microbiene conțin întinderi de secvențe repetitive (imaginați-vă sute de copii ale bazelor G și, respectiv, A) care au mai mult de câteva sute de baze în lungime – secvențe aproape identice care apar în mai multe locuri din genom. . Este imposibil să potriviți aceste secvențe cu o locație unică, astfel încât rezultatul programului de asamblare a genomului va conține multe lacune de lungime și secvență necunoscute.

Acest lucru creează o dificultate uriașă pentru genomi precum genomul peștelui pulmonar, care sunt umpluți cu ADN „nefuncțional” „deschis”, toate fiind de obicei duplicate. Programul tinde să producă un genom cu mai multe lacune decât secvență.

Tehnica de citire lungă rezolvă această problemă făcând exact ceea ce sugerează numele ei. În loc să poată secvenționa fragmente de aproximativ 200 de baze, ei pot genera secvențe lungi de mii de perechi de baze, acoperind cu ușurință o întreagă repetiție care altfel ar crea un gol. O versiune timpurie a tehnologiei de citire lungă a implicat introducerea unor molecule lungi de ADN prin pori și observarea diferitelor modificări ale tensiunii prin por, pe măsură ce diferite baze treceau prin ele. Un altul avea o enzimă de replicare a ADN-ului care a făcut o copie duplicată a unei catene lungi și a monitorizat modificările fluorescente pe măsură ce s-au adăugat diferite baze. Aceste versiuni timpurii au avut tendința de a fi puțin predispuse la erori, dar de atunci s-au îmbunătățit și există multe tehnologii concurente mai noi pe piață acum.

În 2021, cercetătorii au folosit această tehnologie pentru a Completați genomul Oamenii de știință au reușit să găsească genoame de la specii africane și sud-americane, fiecare dintre acestea se pare că și-a urmat propriul drum în timpul destrămarii supercontinentului Gondwana, proces care a început cu aproximativ 200 de milioane de ani în urmă. Obținerea genomurilor celor trei specii ne-ar oferi o perspectivă asupra trăsăturilor pe care le împărtășesc toate speciile de pești pulmonar și, prin urmare, este probabil să le fi împărtășit cu strămoșii îndepărtați care au dat naștere tetrapodelor.