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How mapping a fish’s genome can teach us about human evolution

“小滑冰者”听起来可能足够谦虚,但这只看起来很有趣的鲨鱼——扁平的头部周围融合着巨大的鳍——正朝着大时代前进。

MBL惠特曼中心实验室,Tetsuya中村和何塞·路易斯·Gomez-Skarmeta正在他们的目标将小滑到的动物与人类、老鼠和一些那些完整的DNA(基因组)和功能特征映射到一个高度。

中村说,小冰人的基因组图谱将是“了解人类进化和脊椎动物祖先的巨大资源”。鲨鱼和冰鞋是一种古老的生物,它们位于进化树上脊椎动物谱系的最底部。它们比斑马鱼更像人类,斑马鱼虽然是生物医学研究中常见的模型生物,但却位于生命之树的一个分支上。

戈麦斯-斯卡梅塔说:“拥有滑冰鞋的基因组将为进化和发育生物学带来许多新的研究问题,人们将到MBL来回答这些问题。”

MBL的海洋资源中心是世界上唯一一个收集这种鳐鱼并培育它们用于研究的地方,主要是为开发生物学家服务的。这些科学家比较了许多动物物种的胚胎发育是如何受到基因调控的,以寻找新特征的出现,比如进化成动物四肢的鳍。

戈麦斯-斯卡梅特解释说:“大多数动物都是由相同的基因组成的。”例如,在脊椎动物中,只有2%到3%的基因组是蛋白质编码基因,而这些基因在鱼类、小鼠和人类中本质上是相同的。在动物基因组的其他部分,有时被称为“暗物质”的某个地方,是关于这些基因如何运作的指令,而这些指令在不同物种之间会非常不同。

“不同的生命形式产生的方式——为什么鱼看起来不像人——是通过用不同的方式使用相同的基因。这是由基因组中的调控元件完成的,这些调控元件在动物的一生中开启或关闭基因,”Gomez-Skarmeta说。“在很大程度上,进化是在发育过程中改变基因表达调控的历史。”

这并非偶然Gomez-Skarmeta,专家发现监管元素(也称为增强剂)在一个基因组的黑暗的角落,和中村,发育生物学家共享一个熙熙攘攘的惠特曼中心实验室。他们的合作是第一次策划在2015年由尼尔·舒宾的罗伯特·r·生物的生物学教授、解剖学的芝加哥大学和当前临时MBL主任。舒宾研究脊椎动物特征的进化起源,特别是鳍和手等附属物。2004年,舒宾和他的同事们在加拿大北极地区发现了一块3.75亿年前的化石,震惊了科学界。这块化石具有鱼类和两栖动物的特征:一种有四肢的鱼类。这一罕见的过渡性化石发现于海洋生物首次踏上陆地之时,后来通过舒宾的书《你内心的鱼》(Your Inner Fish)和PBS电视台的同名电视剧而广为人知。

中村是舒宾实验室的一名博士后研究员,当时他们意识到,探索鳍和成对附体创新的遗传起源的一个途径,是找出是什么控制着这只长相古怪的小冰刀的鳍的形成。

“溜冰鞋真的很独特。它的胸鳍非常宽,”中村说。“对于人类来说,如果手长得太宽,有5或6个手指,这是一种严重的疾病。因此,我们认为,如果我们能确定是什么基因控制着这种超宽鳍的形成,这将有助于我们了解(物种多样性的产生)在一种原始脊椎动物身上,以及一种人类疾病中。”

舒宾把中村送到MBL惠特曼中心研究滑冰胚胎。那一年,他们在小冰鞋中找到了几个基因,这些基因也存在于四肢动物中,但功能不同。他们怀疑,这些基因会产生异常宽的胸鳍。

现在,该团队正在世界各地的几个基因组中心对整个小型鳐的基因组进行测序。与此同时,Gomez-Skarmeta正在寻找调控因子,以微调其目标滑板鳍基因的表达。

他们一致认为,MBL对他们的工作至关重要。“这个海洋资源中心是世界上最好的,”中村说。“我们永远不可能在其他地方培育出这种巨大的海洋生物。”

由于中村的总部位于新泽西州,戈麦斯-斯卡梅塔位于西班牙,他们也很欣赏MBL作为一个“社区、合作、讨论”的地方。不仅在滑冰研究人员中,你还会在这里遇到许多研究不同物种的科学家。“我们可以分享技术,我们可以一起讨论形态学或分子多样性。这是一个非常棒的地方。”

-这个故事首先出现在MBL网站上。

新闻英文原版地址:https://news.uchicago.edu/story/how-mapping-fishs-genome-can-teach-us-about-human-evolution