發(fā)表在最新一期（12月19日）《自然》（Nature）雜志上的一篇新文章，揭示了三個(gè)重要生物——水蛭（leech）,、海蠕蟲（Capitella teleta）和青貝（limpet）基因組,。通過這一研究，來自萊斯大學(xué),、加州大學(xué)伯克利分校和美國能源部聯(lián)合基因組研究所（JGI）的科學(xué)家們將冠輪動物（Lophotrochozoans）的基因組數(shù)量增加了一倍以上,。
冠輪動物是一種種類繁多的動物類群，包括軟體動物（如蝸牛,、蛤類和章魚）以及環(huán)節(jié)動物（如水蛭和蚯蚓）,。像人類和所有其他動物一樣，冠輪動物的進(jìn)化歷史可以追溯到最早的多細(xì)胞生物,。然而在5億多年以前,，冠輪動物進(jìn)化樹分支便與生成人類的分支分離。
“包括人類在內(nèi)的大多數(shù)動物,，都具有左右對稱的體制,，它們的左右兩側(cè)就像是彼此的鏡中像,。當(dāng)你聚焦所有的兩側(cè)對稱物種時(shí)，可以將它們分為三個(gè)大群,，即生物學(xué)家所謂的分支（clade）,，”研究的共同作者、萊斯大學(xué)生態(tài)學(xué)和進(jìn)化生物學(xué)助理教授Nicholas Putnam說,。
他說：“冠輪動物是其中的一個(gè)分支,，當(dāng)我們查看所有已經(jīng)測序的基因組時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)只有兩種動物是冠輪動物,。這在遺傳記錄上留下了一個(gè)大缺口,，我們開展這項(xiàng)研究的目的在于填補(bǔ)這一空白區(qū)中的一些缺口。”
在這項(xiàng)新研究中三個(gè)新測序的物種分別是：一種海洋蠕蟲Capitella teleta,，一種淡水水蛭Helobdella robusta和一種大型的海洋軟體動物L(fēng)ottia gigantean,。
Putnam說：“在萊斯大學(xué)，我們從事比較基因組學(xué)研究,。我們尋找基因組間可識別的相似性,，我們對基因間以及遺傳組織模式中的相似性感興趣。這些結(jié)構(gòu)相似性可以告訴我們很多關(guān)于個(gè)別基因和功能性基因組,，如染色體的進(jìn)化信息,。”
Putna說幾乎所有已經(jīng)發(fā)布的基因組都來自動物王國中最常研究的分子：后口動物（deuterostomes），它包括人類,、其他的脊椎動物和蛻皮動物（ecdysozoans）,。以往研究只繪制了兩種冠輪動物基因，且兩種均是寄生蠕蟲,，不能代表這一分支中大多數(shù)的物種,。
在研究冠輪動物基因組過程中，Putnam研究小組開發(fā)了一些新的計(jì)算工具,，來細(xì)查和比較三個(gè)新基因組和數(shù)百個(gè)已知基因組的差異,。已知基因組包括有人類和果蠅等常研究的模式生物。
這些工具使得搜索基因組間相似性變得簡化,，還幫助研究人員追蹤了發(fā)生在特異基因組中的進(jìn)化改變,。
Putnam說：“利用這些工具，我們側(cè)重研究了特異突變發(fā)生的進(jìn)化樹部分,。例如,，我們可以說，‘一個(gè)發(fā)生在此處的突變移動了這一染色體的一大塊,，它一定發(fā)生在冠輪動物與后口動物分離后,，軟體動物與環(huán)節(jié)動物分離前’”。
到目前為止,，Putnam研究小組已經(jīng)追蹤了17個(gè)“祖先連鎖群”（ancestral linkage groups）,，在結(jié)構(gòu)上大群基因與染色體相似,，是所有兩側(cè)對稱動物的最近的共同祖先
Putnam 說：“對于我們而言，有趣的事情是發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在存在于不同物種中的基因,，追蹤它們至一個(gè)共同祖先的單基因,，利用我們發(fā)現(xiàn)的模式，我們測試了關(guān)于進(jìn)化過程的假說?，F(xiàn)在的基因有些仍有可能具有相同的功能,，但有些則進(jìn)化出了一種全新的功能。”
Putnam說研究小組已經(jīng)追蹤了三個(gè)新基因組中幾乎一半的基因組譜系,，這一工作仍在繼續(xù),。
Putnam說：“這些研究讓我們知道關(guān)于自身和其他脊椎動物的許多重要信息。查看整個(gè)動物王國,，我們獲得了更高分辨率和清晰度,，了解我們的基因組中哪些是新的，哪些從我們的遠(yuǎn)古祖先保存下來的,。”(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11696
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PMID:
Insights into bilaterian evolution from three spiralian genomes
Oleg Simakov, Ferdinand Marletaz, Sung-Jin Cho, Eric Edsinger-Gonzales, Paul Havlak,Uffe Hellsten, Dian-Han Kuo, Tomas Larsson, Jie Lv, Detlev Arendt, Robert Savage,Kazutoyo Osoegawa, Pieter de Jong, Jane Grimwood, Jarrod A. Chapman, Harris Shapiro,Andrea Aerts, Robert P. Otillar, Astrid Y. Terry, Jeffrey L. Boore, Igor V. Grigoriev, David R. Lindberg, Elaine C. Seaver, David A. Weisblat, Nicholas H. Putnam & Daniel S. Rokhsar
Current genomic perspectives on animal diversity neglect two prominent phyla, the molluscs and annelids, that together account for nearly one-third of known marine species and are important both ecologically and as experimental systems in classical embryology1, 2, 3. Here we describe the draft genomes of the owl limpet (Lottia gigantea), a marine polychaete (Capitella teleta) and a freshwater leech (Helobdella robusta), and compare them with other animal genomes to investigate the origin and diversification of bilaterians from a genomic perspective. We find that the genome organization, gene structure and functional content of these species are more similar to those of some invertebrate deuterostome genomes (for example, amphioxus and sea urchin) than those of other protostomes that have been sequenced to date (flies, nematodes and flatworms). The conservation of these genomic features enables us to expand the inventory of genes present in the last common bilaterian ancestor, establish the tripartite diversification of bilaterians using multiple genomic characteristics and identify ancient conserved long- and short-range genetic linkages across metazoans. Superimposed on this broadly conserved pan-bilaterian background we find examples of lineage-specific genome evolution, including varying rates of rearrangement, intron gain and loss, expansions and contractions of gene families, and the evolution of clade-specific genes that produce the unique content of each genome.
