Elk modern zoogdier, van een vogelbekdier tot een blauwe vinvis, stamt af van een gemeenschappelijke voorouder die zo'n 180 miljoen jaar geleden leefde. Veel weten we niet over dit dier, maar de structuur van zijn genoom, het geheel van het genetisch materiaal, is nu met behulp van computers gereconstrueerd door een internationaal team van onderzoekers. Volgens de onderzoekers kan de reconstructie helpen om de evolutie van de zoogdieren beter te begrijpen en kan het helpen bij het beschermen van moderne diersoorten.
Onderzoekers reconstrueren genetisch materiaal van gemeenschappelijke voorouder van álle zoogdieren
Luc De Roy
Gepubliceerd:
De onderzoekers gingen uit van genoomsequenties van hoge kwaliteit van 32 levende zoogdiersoorten, die 23 van de 26 bekende orden van zoogdieren vertegenwoordigen.
In de taxonomie, de biologische indelingsleer, behoren de zoogdieren tot het rijk der Animalia (de dieren), tot de stam van de Chordata (de chordadieren, dieren die een chorda hebben, een elastische, weefselachtige streng die langs de gehele rug van het dier loopt), tot de onderstam der Vertebrata (de gewervelden) en hun klasse heet de Mammalia, de zoogdieren. Tot die klasse behoren 26 orden zoals de Chiroptera of vleermuizen, de Carnivora of roofdieren, de Rodentia of knaagdieren en de Primates of opperdieren, waartoe naast alle halfapen en apen ook de mens behoort.
Onder de genoomsequenties die de onderzoekers bekeken hebben, waren er dan ook van de mens en de chimpansee, naast genomen van onder meer wombats, konijnen, lamantijnen, gedomesticeerde runderen, neushoorns, vleermuizen en schubdieren.
De analyses werden ook uitgevoerd op genomen van kippen en Chinese alligators als vergelijkingsmateriaal.
Chromosomen bleven meer dan 300 miljoen jaar stabiel
De reconstructie van het genoom toonde aan dat de voorouder van de zoogdieren 19 zogenoemde autosomale chromosomen had, alle chromosomen in de celkern van een organisme buiten de geslachtschromosomen, en daarnaast een geslachtschromosoom, zei Joana Damas, de eerste auteur van de studie over de genoomreconstructie en een postdoctoraal onderzoeker aan het Genome Center van de University of California, Davis (UC Davis).
In de meeste cellen komen die chromosomen in paren voor zodat er dus in het totaal 38 autosomen en 2 geslachtschromosomen voorkomen. Ter vergelijking: ook een muis heeft 2 maal 20 chromosomen, een chimpansee 2 maal 24 en een mens 2 maal 23.
Het team identificeerde 1.215 blokken van genen die consistent op hetzelfde chromosoom in dezelfde volgorde voorkomen in al de genomen van de 32 onderzochte zoogdiersoorten. Die bouwstenen van alle zoogdiergenomen bevatten genen die cruciaal zijn om een normaal embryo te kunnen ontwikkelen, zei Damas.
De onderzoekers vonden 9 hele chromosomen of fragmenten van chromosomen bij de zoogdiervoorouder, waarvan de volgorde van de genen dezelfde was als in de chromosomen van moderne vogels.
"Deze opmerkelijke bevinding toont de evolutionaire stabiliteit aan van de volgorde en de oriëntering van genen op chromosomen over een uitgebreide evolutionaire tijdschaal van meer dan 320 miljoen jaar", zei Harris Lewin, professor evolutie en ecologie aan de UC Davis en de senior auteur van de studie.
In tegenstelling daarmee bevatten de regio's tussen die bewaard gebleven blokken meer zich herhalende sequenties en waren ze vatbaarder voor breuken, herschikkingen en het kopiëren van sequenties, wat belangrijke aanjagers zijn van de evolutie van genomen.
Evolutie van zoogdieren
"Reconstructies van voorouderlijke genomen zijn cruciaal om te kunnen interpreteren waar en waarom de selectiedruk varieert in genomen. Deze studie legt een duidelijk verband vast tussen de structuur van chromatine, de regulering van genen en het behoud van koppelingen", zei professor William Murphy van de Texas A&M University, die niet aan de studie heeft meegewerkt. "Dat levert de basis om de rol van natuurlijke selectie te kunnen bepalen in de evolutie van chromosomen bij de zoogdieren." Chromatine is het geheel van DNA en histonen, specifieke eiwitten, in de celkern.
De onderzoekers konden de chromosomen van de gemeenschappelijke voorouder ook vooruit in de tijd volgen. Ze ontdekten dat de snelheid waarmee de chromosomen herschikt werden, verschilde tussen de afstammingslijnen van de zoogdieren. Zo was er bijvoorbeeld in de afstammingslijn van de herkauwers - die geleid heeft tot de moderne runderen, schapen en herten - een versnelling van de herschikking 66 miljoen jaar geleden, toen de inslag van een grote asteroïde de (meeste) dinosaurussen uitroeide en leidde tot de opkomst van de zoogdieren.
De resultaten van de studie zullen helpen de genetische mechanismen te begrijpen achter de aanpassingen die de zoogdieren toegelaten hebben te floreren op een veranderende planeet gedurende de laatste 180 miljoen jaar, zeggen de auteurs.
"Onze resultaten hebben belangrijke implicaties om de evolutie van zoogdieren te begrijpen en voor natuurbescherming", zei professor Lewin.
De studie van de onderzoekers uit Australië, Duitsland, Zuid-Korea, het Verenigd Koninkrijk en de VS is gepubliceerd in . Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van UC Davis.