Elk modern zoogdier, van een vogelbekdier tot een blauwe vinvis, stamt af van een gemeenschappelijke voorouder die ongeveer 180 miljoen jaar geleden leefde. We weten niet veel over dit dier, maar de organisatie van zijn genoom is nu computationeel gereconstrueerd door een internationaal team van onderzoekers. Het werk is op 30 september gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences .

"Onze resultaten hebben belangrijke implicaties voor het begrijpen van de evolutie van zoogdieren en voor instandhoudingsinspanningen", zegt Harris Lewin, vooraanstaand hoogleraar evolutie en ecologie aan de Universiteit van Californië, Davis, en senior auteur van het artikel.

De onderzoekers maakten gebruik van hoogwaardige genoomsequenties van 32 levende soorten die 23 van de 26 bekende zoogdierorden vertegenwoordigen. Ze omvatten mensen en chimpansees, wombats en konijnen, zeekoeien, gedomesticeerde runderen, neushoorns, vleermuizen en schubdieren. De analyse omvatte ook de genomen van de kip en de Chinese alligator als vergelijkingsgroepen. Sommige van deze genomen worden geproduceerd als onderdeel van het Earth BioGenome Project en andere grootschalige inspanningen voor de sequentiebepaling van het biodiversiteitsgenoom. Lewin is voorzitter van de werkgroep voor het Earth BioGenome Project.

De reconstructie laat zien dat de voorouder van het zoogdier 19 autosomale chromosomen had, die de overerving van de kenmerken van een organisme regelen buiten die welke worden gecontroleerd door geslachtsgebonden chromosomen (deze zijn in de meeste cellen gepaard, dus 38 in totaal), plus twee geslachtschromosomen, zei Joana. Damas, eerste auteur van de studie en een postdoctoraal onderzoeker aan het UC Davis Genome Center. Het team identificeerde 1.215 genenblokken die consistent voorkomen op hetzelfde chromosoom in dezelfde volgorde over alle 32 genomen. Deze bouwstenen van alle genomen van zoogdieren bevatten genen die cruciaal zijn voor de ontwikkeling van een normaal embryo, zei Damas.

Chromosomen stabiel over 300 miljoen jaar

De onderzoekers vonden negen hele chromosomen of chromosoomfragmenten in de voorouder van zoogdieren, waarvan de volgorde van genen hetzelfde is in de chromosomen van moderne vogels.

"Deze opmerkelijke bevinding toont de evolutionaire stabiliteit van de volgorde en oriëntatie van genen op chromosomen over een uitgebreid evolutionair tijdsbestek van meer dan 320 miljoen jaar," zei Lewin.

Daarentegen bevatten regio's tussen deze geconserveerde blokken meer repetitieve sequenties en waren ze meer vatbaar voor breuken, herschikkingen en sequentieduplicaties, die belangrijke aanjagers zijn van genoomevolutie.

"Reconstructies van het voorouderlijk genoom zijn van cruciaal belang voor het interpreteren van waar en waarom selectieve druk varieert tussen genomen. Deze studie legt een duidelijk verband tussen chromatine-architectuur, genregulatie en behoud van koppelingen", zegt professor William Murphy, Texas A&M University, die geen auteur was van de papier. "Dit vormt de basis voor het beoordelen van de rol van natuurlijke selectie in de evolutie van chromosomen in de levensboom van zoogdieren."

De onderzoekers konden de voorouderlijke chromosomen vanaf de gemeenschappelijke voorouder vooruit in de tijd volgen. Ze ontdekten dat de snelheid van chromosoomherschikking verschilde tussen zoogdierlijnen. Bijvoorbeeld, in de afstamming van herkauwers (leidend tot moderne runderen, schapen en herten) was er 66 miljoen jaar geleden een versnelling in de herschikking, toen een asteroïde-inslag de dinosauriërs doodde en leidde tot de opkomst van zoogdieren.

De resultaten zullen helpen bij het begrijpen van de genetica achter aanpassingen waardoor zoogdieren de afgelopen 180 miljoen jaar hebben kunnen gedijen op een veranderende planeet, aldus de auteurs. + Verder verkennen

Sequencing plaatst carnivoorchromosomen in context