Een nieuwe high-definition genoomsequentie van de zeekomkommer biedt moleculair inzicht in zijn vermogen om te regenereren, volgens een nieuwe studie die op 12 oktober in het open access-tijdschrift wordt gepubliceerd PLOS Biologie door Xiaojun Zhang, Lina Zon, Hongsheng Yang en Jianhai Xiang, van het Instituut voor Oceanologie, Chinese Wetenschapsacademie, en collega's. De genoomsequentie helpt ook te verklaren waarom de zeekomkommer zo'n radicaal andere skeletstructuur heeft dan andere leden van de stekelhuidigen, en kan nuttig zijn voor het begrijpen van de evolutie van het dierenrijk.

Zeekomkommers vormen een klasse van de stekelhuidigen, een stam die ook zee-egels en zeesterren ("stervissen") omvat. Stekelhuidigen en chordaten (een nauw verwante stam die ook mensen omvat) delen een kenmerk dat hen onderscheidt van de meeste andere dieren:het zijn zogenaamde deuterostomen, waarin de anus, in plaats van de mond, vormen het eerst in ontwikkeling. Zeekomkommers zijn uniek onder stekelhuidigen omdat ze geen verhard calcium-exoskelet hebben, en in hun vermogen om beschadigde of verloren lichaamsdelen en ingewanden in veel grotere mate te regenereren dan zee-egels of zeesterren.

Om de genetische onderbouwing van deze kenmerken te onderzoeken, en om de evolutie van de deuterostomen beter te begrijpen, de auteurs voerden high-definition genomische sequencing uit van de zeekomkommer Apostichopus japonicus (ook bekend als de Japanse zeekomkommer), die ongeveer 92% van zijn geschatte 880 megabasen DNA beslaat, waaronder meer dan 30, 000 genen.

Door het genoom van A. japonicus te vergelijken met dat van andere organismen, de auteurs vonden bewijs dat de stekelhuidigen ongeveer 533 miljoen jaar geleden afweken van hemichordaten (een kleine groep mariene deuterostomen die de eikelwormen omvat) en dat de zeekomkommers zich ongeveer 479 miljoen jaar geleden afsplitsten van andere klassen van de stekelhuidigen. De auteurs toonden aan dat hoewel het genoom van de zee-egel 31 genen voor biomineralisatie bevat, essentieel voor het vormen van een verkalkt skelet, de zeekomkommer heeft slechts zeven van dergelijke genen. Ze ontdekten ook dat de zeekomkommer deze biomineralisatie-genen tijdens de ontwikkeling op veel lagere niveaus tot expressie bracht, waarschijnlijk goed voor hun zachtere lichamen in vergelijking met zee-egels.

Als een strategie om roofdieren af ​​te schrikken, zeekomkommers kunnen hun ingewanden verdrijven, die ze vervolgens binnen enkele weken kunnen regenereren. De auteurs vonden een groep gedupliceerde genen, genaamd PSP94-achtige genen, die specifiek tot uiting kwamen in de regenererende darmen van de zeekomkommer, die geen overeenkomstige genen had in andere stekelhuidigen, wat suggereert dat deze genen cruciaal kunnen zijn voor het vermogen van de dieren om hun ingewanden snel te laten groeien. Een tweede groep genen, fibrinogeen-gerelateerde eiwitten genoemd, werden ook gedupliceerd en sterk uitgedrukt tijdens regeneratie, wat aangeeft dat ze waarschijnlijk ook aan dit vermogen bijdragen.

"De zeekomkommer is een bijzonder veelbelovend modeldier voor regeneratieve geneeskunde, " zei Xiang, en de beschikbaarheid van zijn genoom zou de inspanningen moeten helpen om de biologie van regeneratie te bestuderen en te bepalen of hergroei van stekelhuidigen inzichten kan bieden die kunnen worden toegepast op de menselijke geneeskunde. "Onze bevindingen moeten ook het begrip vergemakkelijken van de vereisten voor duurzaam gebruik en effectief fokken van stekelhuidigen, ter ondersteuning van de hoogwaardige zeekomkommerindustrie, " waaronder het gebruik ervan als voedselbron en traditionele Chinese geneeskunde.