Що приховує геном гігантського кальмара: нове дослідження вчених

Вчені секвенували геном гігантського кальмара (Architeuthis dux) – тварини, що є однією з найбільших і настільки ж невловимих. Розшифровка генома кальмара може пролити світло на еволюцію генів різних тварин, а також людини.

Гігантський кальмар відноситься до головоногих молюсків, це родич восьминога. У давнину велетенський морський монстр зі скандинавського фольклору Кракен (вчені вважають, що ним якраз і був гігантський кальмар) лякав моряків, що пливуть на кораблях уздовж прибережних вод Норвегії і Гренландії.

У сучасній неврології використовують гігантські аксони звичайних кальмарів: від 0,5 до 1,5 міліметра в діаметрі та майже метр завдовжки – доволі великі для експериментів, пов'язаних з провідністю нервових імпульсів.

Несподівана допомога від родичів головоногих

Доволі непросто отримати достатню кількість останків гігантських кальмарів, щоб вивчити їх ДНК, проте дослідники використали аналіз мітохондріальної ДНК, який підтвердив той факт, що гігантські та звичайні кальмари належать до одного і того ж виду. Однак для отримання повного генома необхідна велика кількість матеріалу для ДНК, а гігантського кальмара не так просто знайти.

При цьому не можна використовувати музейні зразки: з підгнилої і законсервованої плоті важко витягти і зберегти незайману ДНК. На щастя, новозеландські рибалки змогли відправити свіжозаморожений зразок тканини гігантського кальмара міжнародній дослідницькій групі, яка стала до роботи над геномом.

«Нові результати можуть пролити світло на деякі еволюційні питання, що стосуються гігантських кальмарів», – зазначив провідний дослідник Руте да Фонсека з Університету Копенгагена.

Однак з'ясувалося, що багато генів кальмара були пошкоджені. Тому дослідники звернулися до аналізу РНК-месенджерів (мРНК) і білків, взятих у родичів гігантського кальмара.

Як представники видів молюсків були відібрані звичайний гачконосний кальмар, або кальмар Бенкса, кальмар Гумбольдта і уаланський літаючий кальмар. Вчені взяли зразки з мозку, печінки і геніталій, а також відібрали білки з мантії музейних особин каліфорнійського двоточкового восьминога, тихоокеанської устриці та гігантського морського блюдечка (рід черевоногих молюсків).

Зіставляючи РНК і виводячи послідовності нуклеотидів ДНК, дослідники змогли виділити геном гігантського кальмара.

Які гени були виявлені у гігантського кальмара

Геном гігантського кальмара включає в себе 33 406 генів і 2,7 млрд пар основ ДНК, в порівнянні з 20 000 генів людини і 3,2 млрд відповідно. Близько половини генома кальмара – повторювані послідовності, що не дивно, оскільки геноми людини, кукурудзи і комах також мають повторювані послідовності. Вчені вважають, що вони є базою для еволюції.

Геном гігантського кальмара схожий на геном інших тварин тим, що містить групи генів зі зв'язаними функціями. Так, він має кілька генів WNT, що кодують секрецію чинників росту глікопротеїну, які беруть участь у міжклітинній передачі сигналів, що контролює проліферацію клітин на ранніх етапах розвитку. Можливо, в цьому криється причина гігантського розміру цих молюсків.

Також у геномі виявили гени, що кодують білки протокадгерини. Вони контролюють клітинну адгезію, необхідну для функціонування нервової системи. Крім того, були виявлені гени рефлексини, властиві виключно головоногим молюскам. Вони забезпечують здатність до маскування.

Гігантський кальмар може редагувати власну РНК

Здатність редагувати РНК дає можливість пов'язувати різні білки, особливо ті, що беруть участь у функціонуванні нервової системи.

Такі відредаговані ділянки РНК знаходяться у висококонсервативних послідовностях ДНК, а це означає, що вони практично ідентичні у багатьох видів. Висококонсервативні послідовності зберігають стабільність, у той час як відредаговані ділянки РНК забезпечують гнучкість, що сприяє утворенню нейронів, хімічних сполук і збудливості.

Іншою важливою характеристикою генома гігантського кальмара є дисперсія його гомеотичних (гомеозисних) генів. Ці гени визначають, в якому місці повинні утворитися частини тіла по відношенню одна до одної.

Мутації у гомеотичних клітинах можуть викликати перетворення однієї частини тіла на іншу – зокрема, вони відповідальні за деякі хвороби людей.

Найдивовижніше в гомеотичних генах – це те, що вони розташовані на одній (рідше – чотирьох) хромосомах у строгому порядку. Втім, це не відноситься до генома гігантських кальмарів. Їх гомеотичні гени розкидані серед хромосом.

Вчені вважають, що втрата (так само, як і поява) гомеотичних генів у певних хромосомах може сильно змінити тіло тварин. Наприклад, втрата основного гомеотичного гена у павутинних кліщів викликає зменшення кількості сегментів. Можливо, в давнину у предка гігантського кальмара сталася якась мутація, яка призвела до трансформації його тіла до нинішніх розмірів. Поки це залишається гіпотезою, що вимагає підтвердження і подальших досліджень.