När varelser utvecklas förändras deras genetiska ritningar. Men inom genetiskt material lurar fortfarande fragment från en arts äldsta förfäder.

I en nyligen publicerad publikation av tidskriften Genomics , fann Carnegie Mellon University-forskaren Saoirse Foley och kollegor 14 gener som kan ge insikt om ursprunget till marint liv.

"Vi hittade en uppsättning gener vars funktioner är okända, och de har inga kända proteindomäner," sa Foley. "De är spridda över en uppsättning marina organismer och är väldigt gamla. Detta var verkligen överraskande."

Foley, den första författaren på tidningen, är senior bioinformatiker på Echinobase, en webbaserad resurs som ger tillgång till genomisk, uttrycks- och funktionsdata från forskning relaterad till sjöstjärnor, sjögurkor, sjöborrar och andra typer av tagghudingar.

"Evolutionärt sett är tagghudingar gamla och är en bra representation av tidigt framväxande djur. De ger en okomplicerad bild av hur en grupp djur kan dyka upp," sa Foley.

Foley är en del av Veronica Hinmans labb, som studerar tagghudingar. Sjöstjärnor och människor, tillsammans med andra ryggradsdjur, delar ett antal likheter i sin tidiga utveckling, genomorganisation och geninnehåll.

"Saoirse hade startat projektet och tänkte att hon kanske skulle kunna upptäcka tagghudsspecifika gener som kan hjälpa oss att förstå egenskaperna hos dessa djur, så det var mycket förvånande att hitta sådana gamla, bevarade gener och sedan se att de inte hade några kända funktioner ", sade Hinman, Dr. Frederick A. Schwertz framstående professor i livsvetenskaper och chef för avdelningen för biologiska vetenskaper vid Carnegie Mellon. "Det kommer att öppna ett spännande nytt projekt för att försöka förstå deras roller."

Forskarna använde fylogenomiska metoder för att söka efter ortologa gener (gener från olika arter som härrör från en gemensam förfäders gen) som inte hade en känd funktion bland tagghudingar. Forskarna använde sedan den datamängden för att identifiera gener som delar ett släktskap mellan andra marina djur som svampar, anemoner och havssprutor. Icke-marina djur som människor, flugor eller möss hade ingen av generna.

"Vad vi hittade var att det inte finns några härstamningsspecifika tagghudsgener," sa Foley. "Det stora antalet gener har en relation med andra djur utanför tagghudsfilumen."

Tre tagghudingararter visade sig ha alla 14 generna:en sjölilja (Anneissia japonica), törnekrona sjöstjärnor (Acanthaster planci) och lila urchins (Strongylocentrotus purpuratus).

Ett team från Barcelona – Anna Vlasova, Marina Marcet-Houben och Toni Gabaldón från Barcelona Supercomputing Center och Institutet för forskning i biomedicin vid Barcelona Institute of Science and Technology – skapade ett släktträd med hjälp av varje gen i lila urchins för att visa hur det relaterar till gener hos andra arter.

"Genom att rekonstruera den evolutionära historien för varje gen i dessa genom kan man inte bara hitta globala evolutionära mönster utan också identifiera anmärkningsvärda undantag, som vi gjorde här," sa Gabaldón. "De gener som identifieras är uråldriga och bevarade bland marina djur och kommer att vara nyckeln till att förstå hur nya linjer uppstår utan att behöva skaffa nya genverktyg."

Foley sa att även om dessa geners funktioner inte är kända för närvarande, kan de vara ganska viktiga eftersom de alla kom från en gemensam förfader. Nästa steg skulle vara att studera några av de 14 generna i en laboratoriemiljö för att försöka upptäcka deras funktioner. Foley sa att det skulle kunna innebära att man fokuserar på lila borrar eller en annan art med några av generna, såsom den allmänt studerade fladdermusstjärnan (Patiria miniata).

"Det faktum att generna är så gamla och bara finns i marina organismer tyder på att de åtminstone utför en marinspecifik funktion", sa hon. "Om de inte var det, är de gamla nog att ha blivit av med vid det här laget." + Utforska vidare

Sjöstjärnor avslöjar evolutionär historia av pubertetshormon