科学者たちはこれまでで最大のゲノムを読み、組み立てました。これはアホロートルゲノムです

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アホロートル

研究者らは、320億塩基長のアホロートルゲノムの配列を読み取りました。これは、これまでに組み立てられた中で最大のゲノムです。さらに、Natureに掲載された記事の著者は、両生類の四肢の再生中に形成された細胞塊のトランスクリプトームを分析し、ウロキナーゼ受容体ファミリーのタンパク質と小さな非コードRNAが再生に重要な役割を果たすことを発見しました。

アホロートルは、成虫に変身することなく繁殖することができるサンショウウオの幼生です(ネオテニーとして知られる現象)。さらに、アホロートルには手足を再生する独自の能力があります。これは、19世紀に彼らが人気のある実験動物になった理由でもあります。最近、広範な細胞および遺伝的ツールキットがアホロートル用に開発されましたが、これらの動物の完全なゲノム配列は研究者に利用可能ではありませんでした。事実、アホロートルゲノムのサイズはヒトゲノムのサイズを10倍上回り、320億塩基対であり、その重要な部分は反復配列です。

ドイツのマックスプランク分子生物学および遺伝学研究所とウィーン(オーストリア)の分子病理学研究所の研究者は、32倍の範囲で読み取り、アホロートル-メキシコサンショウウオ(Ambystomamexicanum)のゲノム配列を組み立てることができました。科学者たちは、1万塩基対からサイズの単一のDNA分子の配列を決定することを可能にするPacBioDNA配列決定技術を使用しました。配列(コンティグ)の組み立てのために、研究の著者は特別にMARVELゲノムアセンブラーを開発しました。

アホロートルゲノムの65%は、可動要素やレトロウイルスなどの反復配列で構成されていることが判明しました。サンショウウオのユニークな特徴は、遺伝子の巨大な非コード配列であることが判明しました-イントロン。アホロートルイントロンの平均サイズは22,000塩基対で、これは人間の13倍、カエルの25倍の大きさです。

研究者たちは、動物のゲノムでそれが効率的な再生が可能であることを発見することを望み、手足、筋肉、神経管の発達に重要な役割を果たすHOXおよびPAX遺伝子に目を向けました。アホロートルのHoxA遺伝子座は脊椎動物に非常に典型的な構造を持っており、反復配列の挿入によりサイズのみが異なることが判明しました。 Pax遺伝子に関しては、他の両生類や、たとえばマウスと比較して、アホロートルは多様性を失っていることさえわかった。たとえば、彼は他の動物では臓器や組織の形成に必要な成分をコードするPax3遺伝子を欠いていました。代わりに、その機能は相同遺伝子Pax7によって引き継がれ、研究者たちはこの遺伝子をアホロートルで「破壊」することで確認しました。

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Pax7遺伝子の変異体であるアホロートル(左)は、湾曲した体型と弱い手足を持っています

ゲノム解析に加えて、研究の著者は、手足の損傷部位で形成され、再生に関与する未分化細胞塊である芽細胞腫を含む、22の動物組織における遺伝子発現のアトラスを作成しました。この組織は、5つの遺伝子の発現増加を特徴とし、そのうち4つは、とりわけ創傷治癒に関与するプラスミノーゲン活性化システム(uPAR)のウロキナーゼ受容体ファミリーに属していました。さらに、93個の低分子RNAの発現が組織で見られ、そのうち42個はこれまで知られていませんでした。

アホロートルゲノムの既知の配列が再生を研究する分子的方法を大幅に進歩させるという事実にもかかわらず、ドイツの科学者の研究は、ゲノムアセンブリの分野における一種のブレークスルーでも注目に値します。 PacBioテクノロジーが登場する前は、シーケンサーはグループ化が困難なDNAの小さな断片(50〜200 bp)を読み取ることができ、これは多数のリピートを持つシーケンスのアセンブリに深刻な問題を引き起こしていました。収集された以前の最大のゲノムは、カナダトウヒと線香の松のゲノムで、200億塩基対を超えていました。

再生する能力は、おそらく原始的な4本足の脊椎動物の間で広まっていたが、進化の過程で失われ、今日までサンショウウオでしか生き残っていない。

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