大白鲨基因组的测序不仅揭示了它的巨大尺寸 - 大约是人类基因组大小的1.5倍 - 而且还显示了这些大型生物进化成功背后的遗传变化。
由Nova Southeastern大学的Mahmood Shivji博士和康奈尔大学兽医学院的Michael Stanhope博士领导的研究小组发现了特定DNA序列变化的惊人事件,表明许多基因的分子适应在维持基因组稳定性方面具有重要作用 - 遗传防御机制,抵消物种DNA损害的积累,从而保持基因组的完整性。
这些适应性序列变化发现于与DNA修复,DNA损伤反应和DNA损伤耐受性密切相关的基因中。众所周知,相反的现象,即由累积的DNA损伤导致的基因组不稳定性使人易患多种癌症和与年龄有关的疾病。
“不仅有令人惊讶的大量基因组稳定性基因含有这些适应性变化,而且还有一些这些基因的富集,突出了这种基因微调在白鲨中的重要性,”Shivji博士说。
另外值得注意的是,白鲨基因组含有大量的“跳跃基因”或转座子,在这种情况下是一种特定的类型,称为LINEs。事实上,这是迄今为止在脊椎动物中发现的最高比例的LINE(近30%)。
斯坦霍普博士说:“已知这些LINE会通过在DNA中产生双链断裂而导致基因组不稳定。”
“有可能的是,白鲨基因组中LINE的增殖可能代表了高效DNA修复机制进化的强选择剂,并反映在许多基因组稳定基因的阳性选择和富集中。”
研究人员还发现,大白鲨中许多相同的基因组稳定基因也处于正选择状态,并且富含巨大的长寿鲸鲨(Rhincodon typus)。
鲸鲨也有这些关键的基因组稳定性适应性的发现是重要的,因为从理论上讲,发生癌症的风险应随着细胞数量(大体)和生物体的寿命而增加 - 对身体的正面关系有统计学支持物种内的大小和癌症风险。有趣的是,这并不会跨越物种。
与预期相反,非常大体型的动物不会比人类更容易患癌症,这表明它们已经进化出了更高的癌症保护能力。
在白鲸和鲸鲨的基因组稳定基因中发现的遗传创新可以是适应性,促进其大体和长寿命的进化。鲨鱼基因组揭示了与伤口愈合途径相关的基因中其他有趣的进化适应。“我们发现阳性选择和基因内容丰富涉及与伤口愈合中一些最基本途径相关的几个基因,包括关键的血液凝固基因,”Stanhope博士说。“这些涉及伤口愈合基因的适应性可能是鲨鱼从大型伤口中有效治愈的骄傲能力的基础。”
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