Tardigrade genomları aşırı hayatta kalmanın sırlarını açığa çıkarıyor

Tardigradlar doğanın en son hayatta kalanları olabilir. Bu küçük, neredeyse şeffaf hayvanları gözden kaçırmak kolay olsa da, Antarktika da dahil olmak üzere her kıtada tatlı su, deniz ve kara ortamlarını başarılı bir şekilde kolonileştirmiş, çeşitliliğe sahip bir grubu temsil ediyorlar.

“Su ayıları” olarak bilinen bu olağandışı yaratıklar, zorlu koşullarda hayatta kalma konusunda benzersiz yetenekleri sayesinde gezegendeki en dayanıklı organizmalar arasında olabilir. Sınıflandırmak Kuraklığa, yüksek dozda radyasyona, düşük oksijenli ortamlara, yüksek ve düşük sıcaklık ve basınçlara karşı dayanıklı olmak.

Bu aşırı toleransa birçok genin katkıda bulunduğu öne sürülse de, bu benzersiz adaptasyonların kökenleri ve tarihine ilişkin kapsamlı bir anlayış hala elde edilememiştir. Yayınlanan yeni bir çalışmada Genom biyolojisi ve evrimiKeio Üniversitesi İleri Biyolojik Bilimler Enstitüsü'ndeki bilim insanları Oslo Üniversitesi Doğa Tarihi Müzesi ve Bristol Üniversitesi Modern tardigratların ekolojisini yönlendiren karmaşık genetik manzarayı vurgulayarak, tardigradların aşırı dayanıklılığıyla ilişkili şaşırtıcı derecede karmaşık bir gen kopyaları ve kayıpları ağını ortaya koyuyor.

Tardigrade Gen Ailelerini Anlamak

Aşırı dayanıklılığın bir biçimi olarak tardigradlar, anhidrobiyoz adı verilen diyapoz durumuna girerek neredeyse tamamen susuz kaldıklarında hayatta kalabilirler.herhangi, Susuz yaşam), metabolizmalarını tersine çevrilebilir şekilde durdurmalarına olanak tanır. Daha önce birden fazla tardigrata özgü gen ailesinin ahidrobiyoz ile ilişkili olduğu bulunmuştu.

Bu gen ailelerinden üçüne şu adlar verilir: CSana yalvarıyorum, MMitokondri ve SGizli ABol HO yer SÇözünebilir proteinler (sırasıyla CAHS, MAHS ve SAHS), proteinlerin eksprese edildiği hücresel konuma bağlıdır. Bazı tardigratların, ilk kez tardigradlarda tanımlanan, bol miktarda bulunan, ısıda çözünebilen proteinlerden oluşan iki aileyi içeren farklı bir yola sahip olduğu görülüyor. Ekinesus testi Genellikle alfa ve beta ETAHS olarak anılırlar.

Bir tardigrad'ın resmi Ramazotius variornatusCAHS soyunun ortasında yer alan bu çalışmada analiz edilen altı kuraklıkla ilişkili protein ailesinin en büyüğüdür. Katkıda bulunanlar: Kazuharu Arakawa, Keio İleri Biyolojik Bilimler Enstitüsü

Tardigradlar ayrıca diğer hayvanlarda kuraklığa toleransta rol oynayan mayotik rekombinasyon 11 (MRE11) geni gibi daha geniş hayvanlarda bulunabilen strese dayanıklılık genlerine de sahiptir. Ne yazık ki, bu gen ailelerinin tanımlanmasından bu yana, çoğu tardigrat soyuna ilişkin sınırlı bilgi mevcuttu ve bu da onların kökenleri, tarihleri ​​ve ekolojik etkileri hakkında sonuçlara varmayı zorlaştırıyordu.

Tardigradların evriminin araştırılması

Yeni çalışmanın yazarları James Fleming, David Pisani ve Kazuharu Arakawa, su tardigratlarının aşırı toleransının evrimine daha iyi ışık tutmak için, 13 tardigrad cinsi boyunca bu altı gen ailesinden diziler belirlediler. tardigrad soyları. Eutardigrades ve Heterotardigrades. Analizleri 74 CAHS, 8 MAHS, 29 SAHS, 22 EtAHS alfa, 18 EtAHS beta ve 21 MRE11 dizisini ortaya çıkardı ve bu gen aileleri için ilk tardigrad filogenilerini oluşturmalarına olanak sağladı.

Kuraklığa dayanıklılık muhtemelen karasal ortamlara bir adaptasyon olarak ortaya çıktığından, araştırmacılar bu gen ailelerindeki gen çoğalması ve kaybı ile tardigradlardaki habitat değişiklikleri arasında bir bağlantı bulacaklarını öne sürdüler. Çalışmanın başyazarı James Fleming, “Çalışmaya başladığımızda, her bir sınıfın, birkaç bağımsız kayıpla birlikte, eski versiyonlar etrafında net bir şekilde kümelendiğini bulmayı bekliyorduk. Bu, onları modern habitatları ve ekolojiyi anlamak için kolayca ilişkilendirmemize yardımcı olacaktır” diyor. “Kuraklıkla ilişkili genlerin transkripsiyonunun evriminin teoride bu organizmaların çevresel geçmişinin kalıntılarını içermesi gerektiği sezgisel bir hipotez, ancak gerçekte bunun aşırı basitleştirme olduğu ortaya çıkıyor.”

Bunun yerine araştırmacılar, anhidrobiyozla ilgili genlerin evriminin daha karmaşık bir resmini çizen, ısıda çözünebilen genlerin çok sayıda bağımsız kopyası karşısında şaşırdılar. Bununla birlikte, güçlü anhidrobiyolojik türler ile bir türün sahip olduğu anhidrobiyolojik olarak ilişkili genlerin sayısı arasında net bir bağlantı bulunmadığını belirtmekte fayda var. Fleming, “Bulduğumuz şey çok daha heyecan vericiydi” diyor, “modern karasal türlerin çevreleriyle bağlantılı olması gerekmeyen, bağımsız kazanç ve kayıplardan oluşan karmaşık bir ağ.”

Tardigrad soylarda otonom adaptasyonlar

Her ne kadar gen kopyalanması ile tardigratların ortamı arasında bir ilişki olmasa da, çalışma ahidrobiyozun edinilmesine yol açan anahtar dönüşümlere dair önemli bilgiler sağladı. Gen ailelerinin iki ana tardigrad grubu (Eutardigrades'te CAHS, MAHS ve SAHS ve Heterotardigrades'te ETAHS alfa ve beta) arasındaki farklı dağılımları, bir zamanlar Eutardigrade atasında olan tardigradlarda denizden karasal berrak ortamlara iki bağımsız geçişin meydana geldiğini göstermektedir. ve bir kez Within Heterotardigrades'de.

Bu araştırma, tardigradlarda ahidrobiyozun evrimine dair anlayışımızda ileriye doğru atılan önemli bir adımı temsil ediyor. Aynı zamanda, daha çeşitli tardigrad soylarından genomik kaynakların sürekli olarak geliştirilmesini gerektirecek aşırı tardigrad toleransı üzerine gelecekteki çalışmalar için bir temel sağlar.

Fleming, “Ne yazık ki, Isohypsibiidae gibi birkaç önemli familyanın temsilcisine sahip değiliz ve bu, çıkarımlarımıza bağlı kalabilmemizi sınırlıyor” diyor. “Daha fazla tatlı su ve deniz tardigradı örneğiyle, karasal grup üyelerinin adaptasyonlarını daha iyi tahmin edebileceğiz.” Ne yazık ki, bazı tardigradlar özellikle yakalanması zor olabilir ve bu tür çalışmalara büyük bir engel teşkil edebilir. Örneğin, Tanarktus populusuFleming'in en sevdiği su ayılarından biri olan tardigradlar, çıplak gözle görülemeyecek kadar küçüktür ve yalnızca Kuzey Atlantik Okyanusu'nda yaklaşık 150 metre derinlikteki çökeltilerde bulunur. Fleming, “Dünya Biyogenomu Projesi aracılığıyla büyük ölçekli dizileme girişimlerinin anlayışımızdaki bu boşluğu istikrarlı bir şekilde dolduracağını umuyoruz ve bunun devam ettiğini görmekten heyecan duyuyorum” diyor.

Referans: James F. Fleming, David Pisani ve Kazuharu Arakawa, “Tardigratlarda sıcaklık ve kuraklıkla ilişkili protein ailelerinin evrimi, aşırı toleransın karmaşık bir şekilde edinildiğini ortaya koyuyor”, 29 Kasım 2023, Genom biyolojisi ve evrimi.
doi: 10.1093/jpe/evad217