蜘蛛进化过程中罕见的全基因组重复可以揭示动物多样化的更多信息

贝勒医学院人类基因组测序中心的研究人员与来自英国，欧洲，日本和美国的科学家合作，在蜘蛛和蝎子的进化过程中发现了全基因组重复。该研究发表在BMC Biology上。长期以来，研究人员一直在研究蜘蛛和蝎子的应用原因，例如研究用于药物和材料科学的丝绸的毒液成分，以及基本问题，例如进化的原因，以及了解这一不同群体的发展和生态成功。食肉生物。

作为研究5000种节肢动物物种基因组的i5K试验项目的一部分，人类基因组测序中心分析了家蜘蛛Parasteatoda tepidariorum 的基因组 - 实验室研究的模式物种 - 以及亚利桑那州树皮蝎 Centruroides sculpturatus ， - 北美最毒的蝎子。

对这些基因组的分析表明，蜘蛛和蝎子是在4亿多年前从共同的祖先进化而来的，它在其基因组中创造了所有基因的新拷贝，这一过程称为全基因组重复。这种事件是基因组中可能发生的最大的进化变化之一，并且在动物进化过程中相对罕见。

负责贝勒基因组测序的人类基因组测序中心副教授斯蒂芬理查兹博士说：“我们对我们与地球共存的物种的分子理解取得了迅速进展，这令人非常兴奋。蜘蛛基因组分析特别棘手，我们相信这是迄今为止质量最高的蜘蛛基因组之一。“

同样，在脊椎动物的起源上也存在两个全基因组重复，这引发了关于重复基因是否在导致哺乳动物的脊椎动物谱系的进化中产生新的生物复杂性的长期争论。因此，蜘蛛和蝎子中全基因组重复的新发现提供了与脊椎动物事件的有价值的比较，并且可以帮助揭示对我们自身进化很重要的基因和过程。

“虽然全基因组重复产生的大部分新基因材料随后都会丢失，但一些新的基因拷贝可以发展出新的功能，可能有助于动物的形状，大小，生理和行为的多样化，”Alistair McGregor博士说。 ，牛津布鲁克斯大学进化发育生物学教授，该研究的主要作者。“将蜘蛛和蝎子中的全基因组重复与脊椎动物中的独立事件进行比较显示出惊人的相似性。在这两种情况下，都保留了重复的Hox基因簇。这些是调节所有动物体结构发育的非常重要的基因，并且因此可以引起动物身体计划的进化变化。“

该研究还发现蜘蛛Hox基因的拷贝在表达的时间和地点表现出差异，这表明它们已经进化出新的功能。

McGregor解释说，这些变化可能有助于澄清蜘蛛和蝎子的进化创新，包括专门的肢体和它们如何呼吸，以及蜘蛛用来捕获和杀死猎物的不同类型的毒液和丝绸的生产。“许多人害怕蜘蛛和蝎子，但这项研究显示了他们所代表的进化树的美丽部分，”人类基因组测序中心主任，Wofford Cain主席，分子和人类遗传学教授Richard Gibbs博士说。贝勒。“现在，对于这种基因组分析，成本已经从数千万美元迅速下降到仅几千美元，现在已经对任何物种进行了研究，”理查兹说。“关于我们周围地球上的生命还有很多东西需要了解，我相信这个结果只是了解蜘蛛分子组成的开始。”