Международный коллектив ученых во главе с сотрудниками Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка, Гейдельберского института теоретических исследований, Института исследований мозга и реабилитации в Гуаньчжоу и Исследовательского института молекулярной патологии в Вене сообщили о прочтении рекордного на данный момент по длине генома живого организма. Им оказался геном земноводного – мексиканской амбистомы (Ambystoma mexicanum). Он содержит 32 миллиарда пар нуклеотидных оснований. Для сравнения, в геноме человека всего 3,1 миллиарда пар оснований.
Широкой публики более известна личинка амбистомы, носящая ацтекское название аксолотль. Это связано со способностью аксолотлей размножаться до завершения личиночной стадии развития. Во многих популяциях на территории Мексики и США аксолотли на протяжении многих поколений живут и размножаются, никогда не переходя во взрослую стадию. Как и положено личинкам земноводных, они обитают в водоемах и дышат жабрами. Но если аксолотль попадает в более сухую и прохладную среду он может превратиться во взрослую амбистому, перейдя на легочное дыхание. Аксолотли стали популярным объектом лабораторных исследований из-за своей высокой способности к восстановлению утраченных конечностей. Утраченная конечность аксолотля полностью регенерирует за несколько недель, с воссозданием всех необходимых костей, мышц и нервов. Более того, аксолотли могут восстанавливать удаленные части спинного мозга и ткань сетчатки глаза.
На протяжении многих лет механизм регенерации аксолотлей на молекулярно-клеточном уровне изучает группа под руководством Элли Танака (Elly Margaret Tanaka), ныне работающая в Вене. Ученые определили, какие клетки инициируют регенерацию, и описали молекулярные пути, контролирующие процесс. Для изучения регуляции работы генов и определения эволюционных путей, приведших к возникновению у аксолотлей таких способностей к регенерации, нужно было получить полные данные о геноме этого вида. Но долгое время это не удавалось из-за огромного размера генома. Восстановление полного генома обычными методами особенно затрудняли многочисленные повторяющиеся фрагменты.
Выход был найден при помощи новой технологии секвенирования PacBio, способной охватывать сразу большие участки генома, размером более десяти тысяч пар. Как выяснилось, повторяющиеся последовательности составляют примерно 65 % генома аксолотля. Особый интерес исследователей вызвали гены семейства Pax, связанные со специализацией клеток и регенерацией. К удивлению авторов работы, один из этих генов, Pax3, у аксолотлей оказался утрачен, а его функции взял на себя ген Pax7. Исследователи также изучили различия в экспрессии генов в разных типах тканей аксолотля, включая работу генов в бластеме – совокупности недифференцированных клеток, возникающей на поверхности раны после ампутации и дающей начало новой конечности.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
