تحلیل ژنوم مارها یک حفره‌ و سازگاری مجدد با حیات سطحی را نشان می‌دهد

 گزارش 21 ژوئن 2023 -توسط جاستین جکسون، Phys.org-چکیده گرافیکی اعتبار: Cell (2023). DOI: 10.1016/j.cell.2023.05.030

مجموعه 14 مار در سطح کروموزوم در مطالعه ای که توسط آکادمی علوم چین، انجام شد، یک مرجع ژنومی با وضوح بالا برای مطالعه تکامل مارها ایجاد کرده است. در مقاله‌ای با عنوان «تحلیل‌های ژنوم مارها در مقیاس بزرگ بینش‌هایی در مورد رشد مهره‌داران ارائه می‌دهد»، که در Cell منتشر شده است، تیم تحقیقاتی طیف گسترده‌ای از اکتشافات را که قبلاً با داده‌های توالی‌یابی آنها انجام شده است، شرح می‌دهد.

با استفاده از توانایی خواندن طولانی توالی‌سنجی‌های PacBio و فناوری نانوپوره آکسفورد، محققان توانستند پیش‌نویس خوبی از کل ژنوم برای ۱۴ مار از ۱۲ خانواده مختلف تهیه کنند. سپس این تیم از ترتیب‌دهنده‌های پلتفرم BGI و Illumina استفاده کردند که طول خواندن کوتاه‌تر با کیفیت بالاتر را به دست می‌آورند. سپس قرائت‌ها با استفاده از داده‌های خواندن Hi-C در سطح کروموزوم جمع‌آوری شدند.

محققان سپس داده‌های جمع‌آوری‌شده را به همراه ژنوم‌های قبلی مارها، مارمولک‌ها، لاک‌پشت، تمساح، پرنده و موش تجزیه و تحلیل کردند. تصویری از تکامل مارها از از دست دادن ژن‌های مرتبط با صفات مختلف، افزوده‌ها و حفاظت‌ها ساخته شد.

زمان تخمینی واگرایی بر اساس تجزیه و تحلیل نشان می دهد که مارها در دوره کرتاسه اولیه در حدود 118 میلیون سال پیش منشأ گرفته اند و پس از رویداد انقراض دسته جمعی 65 میلیون سال پیش دچار تنوع سریع شدند.

ویژگی‌های امضای یک بدن بلند بدون پا با حذف‌های ژنی خاص مار که در همه ژنوم‌های مارهایی که به تازگی توالی‌یابی شده‌اند، مطابقت داشت.

بدن کشیده مارها بر شکل اندام های داخلی مانند ریه ها نیز تاثیر می گذارد. ریه چپ معمولاً وجود ندارد، باقی مانده یا در حال کار است اما کوچکتر از ریه راست است. یک ژن کدکننده داینئین که نقشی حیاتی در ایجاد تقارن های چپ و راست بازی می کند در مارها وجود نداشت و 13 ژن مرتبط با رشد ریه دارای درجاتی بودند که می توانست نحوه تنظیم رشد ریه را تغییر دهد.

تغییرات در سیستم بینایی در چندین ژن کد کننده مرتبط با گیرنده نوری از دست رفته مشاهده شد. بیان 15 ژن مرتبط با سلول گیرنده نوری به طور قابل توجهی در چشم مار تنظیم شد. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که مارهای اولیه قبل از بازگشت به زیستگاه‌های سطحی با نور کافی، یک دوره نفخ طولانی‌مدت در نور کم را پشت سر گذاشته‌اند. در این سناریو، ساختار و عملکرد چشم‌های مار با تنظیم مجدد ژن‌هایی که حفظ شده بودند، دوباره با نور سطح سازگار می‌شدند.

سه دودمان مارها – افعی‌های گودال، پیتون‌ها و بوآها – همگی دارای اندام‌های حساس به دما با عصب سه قلو هستند. این تجزیه و تحلیل نشان داد که ژن‌های غیر کدکننده در اطراف ژن‌های فعال با یک پاسخ سلولی به گرما تغییر کاربری می‌دهند.

مشاهدات ژن های تنظیم کننده شنوایی نشان می دهد که از دست دادن ژن با کمبود شنوایی مارها و برخی ادراک صدا مرتبط است. در عین حال، تکامل تنظیم‌کننده‌های ژنی اضافی می‌تواند به تخصص گوش داخلی و شنوایی با فرکانس پایین مرتبط باشد. این تغییر در شنوایی معمولاً در حیوانات حفاری نیز دیده می‌شود، که بیشتر نشان‌دهنده اجداد قبلی زیرزمینی است.

جدای از بینش در مورد تکامل و تنوع مارها، مجموعه داده های با کیفیت بالا به صورت عمومی منتشر شده است و بدون شک منبع مرجع ژنومی برای تحقیقات آینده در مورد زیست شناسی خزندگان خواهد بود.