Peștele cu genomul de 30 de ori mai mare decât al nostru este secvențial

Când a fost descoperit pentru prima dată, celacantul a provocat multă emoție. Era un exemplu viu al unui grup de pești care era se crede că există doar ca fosile. Și nu orice grup de pești. Cu înotătoarele lor lungi, asemănătoare tulpinii, se crede că celacanții și rudele lor includ strămoșii tuturor vertebratelor care nu sunt pești – tetrapodele sau vertebratele cu patru membre. Adică, printre multe alte lucruri, noi.

De atunci, însă, s-au acumulat dovezi că suntem mai strâns legați de peștii pulmonari, care trăiesc în apă dulce și se găsesc în Africa, Australia și America de Sud. Dar peștii pulmonari sunt puțin ciudați. Speciile africane și sud-americane au văzut înotătoarele asemănătoare membrelor strămoșilor lor reduse la șuvițe subțiri, floare. Și obținerea unei perspective asupra istoriei lor evolutive s-a dovedit dificilă, deoarece au cele mai mari genome cunoscute la animale, genomul peștilor pulmonar din America de Sud conținând peste 90 de miliarde de perechi de baze. Este de 30 de ori cantitatea de ADN pe care o avem.

Dar noua tehnologie de secvențiere a făcut ca abordarea acestui tip de provocări să fie gestionabilă, iar o colaborare internațională a finalizat acum cel mai mare genom de până acum, unul în care toți cromozomii, cu excepția unui singur, poartă mai mult ADN decât se găsește în genomul uman. Lucrarea indică o istorie în care peștele pulmonar din America de Sud a adăugat 3 miliarde de baze suplimentare de ADN la fiecare 10 milioane de ani în ultimii 200 de milioane de ani, totul fără a adăuga un număr semnificativ de noi gene. În schimb, se pare că și-a pierdut capacitatea de a ține sub control ADN-ul nedorit.

Merg lung

Lucrarea a fost permisă de o tehnologie numită generic „secvențiere cu citire lungă”. Majoritatea genomilor care au fost finalizați au fost realizate folosind citiri scurte, de obicei în zona de 100-200 de perechi de baze. Secretul a fost să facem suficientă secvențiere încât, în medie, fiecare bază din genom să fie secvențiată de mai multe ori. Având în vedere asta, un program de calculator proiectat inteligent ar putea să descopere unde se suprapun doi biți de secvență și să înregistreze asta ca o singură bucată de secvență mai lungă, repetând procesul până când computerul scuipă șiruri lungi de baze adiacente.

Problema este că majoritatea speciilor non-microbiene au secvențe repetate (gândiți-vă la sute de copii ale bazelor G și A la rând) care depășesc câteva sute de baze – și secvențe aproape identice care apar în mai multe locații ale genomul. Acestea ar fi imposibil de potrivire cu o locație unică și astfel rezultatul software-ului de asamblare a genomului ar avea o mulțime de lacune de lungime și secvență necunoscute.

Acest lucru creează dificultăți extreme pentru genomuri precum cel al peștelui pulmonar, care este plin cu ADN nefuncțional „deschis”, toate acestea fiind de obicei repetitive. Software-ul tinde să producă un genom care este mai mult decalaj decât secvență.

Tehnologia de lungă citire rezolvă asta făcând exact ceea ce înseamnă numele ei. În loc să poată secvenționa fragmente de aproximativ 200 de baze, poate genera secvențe lungi de mii de perechi de baze, acoperind cu ușurință întreaga repetare care altfel ar fi creat un gol. O versiune timpurie a tehnologiei de citire lungă a implicat îndesarea unor molecule lungi de ADN prin pori și urmărirea diferitelor schimbări de tensiune în por, pe măsură ce diferite baze treceau prin el. Un altul a avut ca o enzimă de copiere a ADN-ului să facă un duplicat al unei catene lungi și să urmărească schimbările de fluorescență pe măsură ce s-au adăugat diferite baze. Aceste versiuni timpurii au avut tendința de a fi puțin predispuse la erori, dar de atunci au fost îmbunătățite, iar câteva tehnologii concurente mai noi sunt acum pe piață.

În 2021, cercetătorii au folosit această tehnologie completează genomul al peștelui pulmonar australian — cel care menține aripioarele asemănătoare membrelor strămoșilor care au dat naștere tetrapodelor. Acum au revenit cu genomul speciilor africane și sud-americane. Aceste specii par să fi luat drumuri separate în timpul destrămarii supercontinentului Gondwana, un proces care a început cu aproape 200 de milioane de ani în urmă. Și a avea genomul tuturor trei ar trebui să ne ofere o perspectivă asupra trăsăturilor care sunt comune tuturor speciilor de pești pulmonar și, prin urmare, sunt mai probabil să fi fost împărtășite cu strămoșii îndepărtați care au dat naștere tetrapodelor.