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令人吃惊的最古老DNA

2007.7.11

来自加州大学伯克利分校,美国能源部基因研究所(U.S. Department of Energy Joint Genome Institute-- DOE JGI),挪威卑尔根大学等处的研究人员发现地球上最古老的动物物种之一:海洋海葵的基因组与脊椎动物的基因组存在令人惊讶的相似性。

而且这一研究也发现这种相似性在果蝇,以及线虫类基因组中并不存在,这与之前普遍认为的生物体是通过进化变得更加复杂的理论相悖。这些发现说明远古动物基因组是相当复杂的,果蝇和线虫类基因组在进化过程中遗失了一部分这种复杂性。

这一研究成果公布在新鲜出炉的《Science》杂志上,并被多家媒体作为科学新闻头条报道。

加州大学Santa Cruz分校的David Haussler评论道,“这一研究报告令人激动的是,也许你看到的是7亿年前的远古生物机体,这是一个庞大的进化过程。”—— David Haussler并未参予这一研究。

原文检索:
Science 6 July 2007:
Vol. 317. no. 5834, pp. 86 - 94 DOI: 10.1126/science.1139158
Sea Anemone Genome Reveals Ancestral Eumetazoan Gene Repertoire and Genomic Organization
[Abstract]

在这篇文章中,由JGI的Nicholas H. Putnam领导的研究团队对海洋海葵Nematostella vectensis基因组进行了测序,他们将这种动物的DNA和蛋白质序列与其它动物进行了比较,重新构建了远古寒武纪(eumetazoan)动物的基因组特征——除了海绵体之外所有多细胞动物的祖先。

研究人员发现海洋海葵基因组共有4.5亿碱基对,18,000个蛋白编码基因,其中他们识别了许多在所有测序动物中常见的基因家族,JGI和加州大学伯克利分校的Daniel S. Rokhsar教授表示,“我们现在有了整个动物王国中基本的工具箱”,“这统一了整个动物界,这让我感到几分惊讶。”

之后研究人员比较了现代动物与远古动物,发现人类和海洋海葵中三分之二的基因组家族都来自于他们共同的祖先,只有果蝇(Drosophila)和秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)只有一半基因家族与共同祖先相似。

之前的研究只是认为果蝇和线虫中存在基因遗失,但这一研究表明这种遗失“是确实存在的,而且比之前想象的更多”。

研究人员也发现在现在脊椎动物和海洋海葵中存在非常相似的内含子—外显子结构:两者都包含内含子丰富的基因组,并且内含子大约80%的位置在人类和海葵中都是相似的。而另一方面果蝇和线虫基因组遗失了大约50%—90%内含子。

海葵基因组也表明在人类和海洋海葵基因组中共存的远古基因组中存在许多关联基因(linked genes)blocks,Haussler认为,“这些关联在这个庞大的进化时间段上是连接的,也许进化的压力导致了这些基因分离。”

研究指出,大约80%的pan-eumetazoan基因在真菌、植物和其它真核生物中有明显的同源性,其余的20%是eumetazoan动物特有的,这些基因主要是信号传导,细胞交流与黏附,胚胎发生,以及细胞核和肌肉等功能。

Koonin表示,“在海洋海葵这样的原始动物中发现这么高水平的基因组复杂性,真是令人意想不到”,这说明远古动物“已经存在高度复杂性的基因组了,至少是在基因组结构和调控信号传导环路方面”。

同期来自远东和西欧发现的蝴蝶物种的DNA也可能会改写已发现的更新世冰河时代的历史。在这一发现中,来自罗马 Tor Vergata大学的意大利研究人员Valerio Sbordoni和Paolo Gratton表示:这些蝴蝶物种的DNA痕迹表明它们已经超出了这个昆虫的历史范围。Sbordoni和Gratton以及波兰科学院的科学家 Maciek Konopinski利用新的数据建立了一副最新的1万多年前的冰河时期世界树木图。Sbordoni对安莎社表示:线粒体DNA的证据显然表明了世界上大部分森林没有受到冰河时代的影响而存活了下来。很明显的,研究也显示当时存在云纹娟蝶生存的绿洲,尤其是在喀尔巴阡山脉和达邦诺尼亚的古德国地区。

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