Espressione genica nei tessuti embrionali e adulti rappresentata come una mappa di calore. In ogni caso, i geni nella parentesi verde corrispondente al riccio di mare viola sono stati recuperati solo negli echinodermi e i geni nella parentesi verde corrispondente al logo InterPro blu sono stati gli unici a registrare i domini InterPro. Il pannello A mostra i valori grezzi del TPM per ogni momento chiave dello sviluppo, che vanno da 0 a 72 ore dopo la fecondazione. Il pannello B mostra l'espressione log di quei valori TPM. L'espressione dei nostri geni di interesse è mantenuta durante tutto lo sviluppo, raggiungendo generalmente il picco a 18-24 h. Il pannello C mostra i valori di TPM in sei diversi tessuti adulti. Il pannello D mostra il registro di quei valori. L'espressione è sostenuta anche nei tessuti adulti, in particolare nei celomociti e nei testicoli. Credito:Genomica (2022). DOI:10.1016/j.ygeno.2022.110431
Quando le creature si evolvono, i loro progetti genetici cambiano. Ma all'interno del materiale genetico si nascondono ancora frammenti degli antenati più antichi di una specie.
In una recente pubblicazione della rivista Genomics , il ricercatore della Carnegie Mellon University Saoirse Foley e colleghi hanno scoperto 14 geni che potrebbero fornire informazioni sulle origini della vita marina.
"Abbiamo trovato un insieme di geni le cui funzioni sono sconosciute e non hanno alcun dominio proteico noto", ha detto Foley. "Sono diffusi in un insieme di organismi marini e sono molto antichi. Questo è stato davvero sorprendente."
Foley, il primo autore dell'articolo, è il bioinformatico senior di Echinobase, una risorsa basata sul Web che fornisce accesso a dati genomici, di espressione e funzionali dalla ricerca relativa a stelle marine, cetrioli di mare, ricci di mare e altri tipi di echinodermi.
"Evolutivamente, gli echinodermi sono vecchi e sono una buona rappresentazione dei primi animali emergenti. Forniscono una visione semplice di come un gruppo di animali può emergere", ha detto Foley.
Foley fa parte del laboratorio di Veronica Hinman, che studia gli echinodermi. Le stelle marine e gli esseri umani, insieme ad altri vertebrati, condividono una serie di somiglianze nel loro sviluppo iniziale, nell'organizzazione del genoma e nel contenuto genetico.
"Saoirse aveva avviato il progetto pensando di poter rilevare i geni specifici dell'echinoderma che potrebbero aiutarci a comprendere gli attributi di questi animali, quindi è stato molto sorprendente trovare geni così antichi e conservati e poi vedere che non avevano funzioni note ", ha affermato Hinman, il Dr. Frederick A. Schwertz Distinguished Professor of Life Sciences e capo del Dipartimento di scienze biologiche della Carnegie Mellon. "Si aprirà un nuovo entusiasmante progetto per cercare di capire i loro ruoli."
I ricercatori hanno utilizzato approcci filogenomici per cercare geni ortologhi (geni di specie diverse che derivano da un gene ancestrale comune) che non avevano una funzione nota tra gli echinodermi. I ricercatori hanno quindi utilizzato quel set di dati per identificare i geni che condividono una relazione ancestrale con altri animali marini come spugne, anemoni e schizzi di mare. Gli animali non marini come umani, mosche o topi non avevano nessuno dei geni.
"Quello che abbiamo scoperto è che non ci sono geni echinodermi specifici del lignaggio", ha detto Foley. "Il vasto numero di geni ha una relazione con altri animali al di fuori del phylum degli echinodermi."
È stato scoperto che tre specie di echinodermi hanno tutti e 14 i geni:un giglio di mare (Anneissia japonica), la stella marina corona di spine (Acanthaster planci) e ricci viola (Strongylocentrotus purpuratus).
Un team di Barcellona—Anna Vlasova, Marina Marcet-Houben e Toni Gabaldón del Barcelona Supercomputing Center e l'Istituto di Ricerca in Biomedicina presso l'Istituto di Scienza e Tecnologia di Barcellona—hanno creato un albero genealogico utilizzando ogni gene dei ricci viola per mostrare come si riferisce a geni di altre specie.
"Ricostruendo la storia evolutiva di ogni gene in questi genomi, non solo si possono trovare modelli evolutivi globali, ma anche identificare notevoli eccezioni, come abbiamo fatto qui", ha affermato Gabaldón. "I geni identificati sono antichi e conservati tra gli animali marini e saranno fondamentali per comprendere come emergono nuovi lignaggi senza la necessità di acquisire nuovi kit di strumenti genetici".
Foley ha affermato che sebbene le funzioni di questi geni non siano attualmente note, potrebbero essere piuttosto importanti poiché provengono tutti da un antenato comune. Il passo successivo sarebbe studiare alcuni dei 14 geni in un ambiente di laboratorio per cercare di scoprirne le funzioni. Foley ha affermato che ciò potrebbe comportare la concentrazione sui ricci viola o su un'altra specie con alcuni dei geni come la stella pipistrello comunemente studiata (Patiria miniata).
"Il fatto che i geni siano così antichi e si trovino solo negli organismi marini suggerisce che stiano almeno svolgendo una funzione specifica per il mare", ha detto. "Se non lo erano, sono abbastanza grandi per essere stati eliminati a questo punto." + Esplora ulteriormente
