Ученые расшифровали полный геном ядерных ДНК у двух мамонтов из сибирской вечной мерзлоты. Оказалось, что генетически они едва ли не родственники. И что слоны с тех пор почти не эволюционировали.
Команда исследователей из Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania state university) под руководством Вебба Миллера (Webb Miller) расшифровала геном шерстистого мамонта. Ученые определили последовательность из четырех миллиардов пар оснований.
Это первый этап Проекта генома мамонта (Mammoth Genome Project), который выполняют сотрудники Центра сравнительной геномики и биоинформатики (Center for Comparative Genomics and Bioinformatics). Эта группа – мировой лидер в расшифровке геномов вымерших животных.
Чести быть генетически расшифрованными удостоились шерстистые мамонты из Сибири. Генетики выделили ДНК из двух мумий, захороненных в вечной мерзлоте. Одной, по словам авторов, 20 тысяч лет, другой – 60 тысяч лет. Для выделения ДНК использовались волосы из шерсти. Специалисты говорят, что ДНК из шерсти вымерших животных по нескольким причинам больше подходит для анализа, чем ДНК из костей. Во-первых, она более «чистая»: в волосе меньше примесей других организмов – бактерий и грибов, чем в кости. Во-вторых, в волосе ДНК содержится внутри волосяного чехла как в защитном кожухе.
Мамонт с грибами
Основная сложность при секвенировании генома из останков вымершего животного состоит в том, чтобы отделить его собственные гены от бактериальных или грибных. Ведь и те и другие в пробе всегда есть. Поэтому результаты секвенирования ДНК мамонта авторы работы сравнили с расшифрованным геномом африканского слона. И теперь могут твёрдо утверждать, что из 4 млрд пар оснований 3,3 млрд принадлежат собственно геному мамонта. Остальная ДНК может быть как мамонтовой, так и бактериального или грибного происхождения. Правда, специалисты из группы Вебба Миллера использовали для сравнения черновой вариант генома африканского слона, полученный биологами из Массачуссетского технологического института и из Гарварда «Только после того, как геном африканского слона будет окончательно готов, мы сможем уточнить, сколько пар нуклеотидов принадлежит геному мамонта», -- объясняет Вебб Миллер.
Ранее ученые уже расшифровали митохондриальный геном шерстистого мамонта, содержащий 13 тысяч генов. Он значительно проще для секвенирования, чем ядерный, так как меньше по размеру, да и в каждой клетке есть несколько мДНК.
Слоны и мамонты
Известно, что шерстистые мамонты разделились на две группы примерно два миллиона лет назад, и эти группы сформировали относительно генетические независимые субпопуляции. Одна из этих субпопуляций вымерла около 45 тысяч лет назад, в то время как другая дожила до последнего ледникового периода около 10 тысяч лет назад.
Результаты расшифровки генома мамонта позволяют более точно проследить эволюцию этого вида. Например, оказалось, что шерстистый мамонт – более близкий родственник современным слонам, чем считалось ранее. «Наши данные говорят о том, что мамонты и современные слоны разошлись около 6 миллионов лет назад, примерно в то же время, когда разошлись человек и шимпанзе, -- говорит Миллер. – Но в отличие от людей и шимпанзе, довольно быстро образовавших два отдельных вида, мамонты и слоны эволюционировали с меньшей скоростью».
Болезные гиганты
Группа получила доказательства и того, что шерстистые мамонты не отличались генетическим разнообразием. «Индивидуальные геномы двух мамонтов оказались очень сходными, -- отмечает Стефан Шустер (Stephan C. Schuster), соруководитель исследования. -- По этой причине в их геноме быстро накапливались вредные мутации. Поэтому можно предположить, что мамонты оказались очень уязвимыми для болезней и изменений климата».
Ученые предполагают, что именно болезни и изменения климата стали причиной вымирания мамонтов. В то время как раньше основную вину возлагали на человека, якобы истребившего их на охоте. Исследования показали, что одна из сибирских субпопуляций шерстистого мамонта вымерла 45 тысяч лет назад – в это время в Сибири люди еще не жили.
Исследователи также занимаются поиском специфических генов, например генов адаптации к холодному климату. По результатам анализа геномов других млекопитающих им уже известны специфические белки и кодирующие их гены, вероятно, связанные с этой адаптацией. Интересно узнать, есть ли эти гены у мамонтов.
«Впервые мы получили возможность изучать геном вымершего животного так же детально, как гены ныне живущих видов», -- говорит Стефан Шустер.
Что немаловажно, выполнена работа небольшой группой, за маленький срок и сравнительно дешего. Насколько дешего, можно понять, вспомнив амбициознейший проект по расшифровке человеческого генома. Он потребовал миллионы долларов и нескольких лет работы большого числа ученых по всему миру. А теперь практически в каждом номере проходят статьи, в которых сообщается о расшифровке одной ДНК, другой, да еще иногда и об их сравнительном анализе. Миллер, например, надеется, что после завершения еще нескольких геномных проектов он сможет выпустить программку, которая поможет за копейки секвенировать любой геном млекопитающего. В том числе и вымершего.
