Tardigradeゲノムは極端な生存の秘密を明らかにします

完璧な動物は自然の究極の生存者かもしれません。 この小さな半透明の動物は簡単に見落とされますが、南極大陸を含むすべての大陸の淡水、海洋、および陸上環境をうまく植民地化したさまざまなグループを代表しています。

一般的に「クマ」として知られているこの珍しい生物は、さまざまな環境や極端な条件で生き残ることができる優れた能力のおかげで、地球上で最も弾力性のある生物の1つです。 種 干ばつ、高放射線量、低酸素環境、高温および低温および圧力に対する耐性があります。

多数の遺伝子がこれらの極端な運動に寄与することが示唆されていますが、これらのユニークな適応の起源と歴史の包括的な理解はまだ理解するのが難しいです。 に発表された新しい研究で ゲノム生物学と進化慶應義塾大学先端生命科学研究所の科学者たち、 オスロ大学 自然史博物館課 ブリストル大学 完璧な運動耐性に関連する遺伝子複製と損失の驚くほど複雑なネットワークを明らかにし、現代の完璧な動物の生態を導く複雑な遺伝的環境を強調します。

Tardigrade遺伝子群の理解

極限運動の一形態である完歩動物は無水生物症（anhydrobiosis）と呼ばれる休眠状態に入り、ほぼ完全な乾燥でも生き残ることができます。つまり、 水のない生活）、これにより代謝を可逆的に中断することができます。 多くの完璧な動物特異的遺伝子群は、以前は無水生物症に関連していることがわかりました。

これらの遺伝子群のうち3つを以下のように指します。 氏イトソリック、 中イトコンドリアと S糞 ㅏ束 時間食べる Sタンパク質が発現される細胞位置に基づく水溶性タンパク質（それぞれCAHS、MAHSおよびSAHS）。 いくつかの完璧な動物は、完璧な動物で最初に同定された豊富な熱可溶性タンパク質の2つのファミリーを含む修飾経路を持っているようです。 エキニスクステストツード 通常、EtAHS アルファおよびベータと呼ばれます。

完璧な動物の写真 Ramazzottius varieornatus、この研究で分析された6つの乾燥関連タンパク質ファミリーの中で最大のCAHS系統発生の中心にあります。 出典：荒川和春（Keio Advanced Biosciences Institute）

完璧な動物はまた、他の動物の耐乾燥性に関連する減数分裂組換え11（MRE11）遺伝子など、動物に広く見られるストレス耐性遺伝子を有する。 残念なことに、これらの遺伝子群が同定された後、ほとんどの完璧な動物系統から限られた情報を得ることができたので、彼らの起源、歴史、および生態学的意味についての結論を導くことは困難です。

ワンボ動物の進化調査

完成動物の極限運動の進化をより明確にするために、新しい研究の著者であるジェームズ・フレミング（James Fleming）、ダビデ・ピサニ（Davide Pisani）、和春荒川（Kazuharu Arakawa）は、2つの主要な完璧な動物系統の代表者を含む13個の完璧な動物の中で、この6個の遺伝子ファミリーの配列を確認しました。 EutardigradesとHeterotardigrades。 分析の結果、CAHS 74個、MAHS 8個、SAHS 29個、EtAHSアルファ22個、EtAHSベータ18個、MRE11配列21個が明らかになり、これによりこれらの遺伝子群に対する最初の完成動物系統発生を構築することができました。

乾燥に対する抵抗性は陸上環境への適応として現れる可能性が高いため、著者は遺伝子複製とこれらの遺伝子群の喪失と完璧な動物の生息地の変化との間の関連性を発見すると仮定した。 「作業を始めたとき、私たちは各系統が古代のレプリカを中心に明確にグループ化され、独立した損失がほとんどないと予想しました。 これは、現代の生息地と生態学の理解を簡単に結び付けるのに役立ちます。 「これらの乾燥関連遺伝子複製の進化には、理論的にはこれらの生物の生態学的歴史の残余が含まれなければならないというのは直感的な仮説です。 しかし実際には、これは過度に単純であることが判明しました。 」

その代わりに、著者らは、無水物分解酵素関連遺伝子進化のはるかに複雑な図を描く熱可溶性遺伝子の独立した複製の数に驚いた。 しかし、注目すべき点は、強力な無水生物学的種とその種が所有する無水生物症関連遺伝子の数との間に明確な関連性がないことです。 「私たちが見つけたのははるかに興味深かった」 フレミングは言います。 「現代の陸上種の生態と必ずしも関連しているわけではない独立した利得と損失の複雑なネットワークです。」

Tardigrade系統の独立した適応

遺伝子複製と完璧な動物の生態学との関係が不足しているにもかかわらず、この研究は無水生物症の獲得につながる主要な転換についての重要な洞察を提供しました。 2つの主要な群れ動物（真核生物のCAHS、MAHS、SAHS、異形性動物のEtAHSアルファおよびベータ）にわたる遺伝子群の明確な分布は、海洋環境から陸上および地上環境への2つの独立した移行が発生したことを示唆しています。 Eutardigradeの祖先とかつてHeterotardigrades内にあります。

この研究は、完璧な動物の無水生物症の進化の私たちの理解に重要な進歩をもたらしました。 また、これは完璧な動物の極端な運動耐性に関する今後の研究のための基盤を提供します。

「残念なことに、私たちはIsohypsibiidaeのようないくつかの重要な科の代表者を持っていません。 「より多くの淡水と海洋の完璧な動物のサンプルは、グループの陸上メンバーの適応をよりよく理解することができます」 残念ながら、いくつかの完璧な動物は特に把握するのが難しいので、そのような研究にとって大きな障害になる可能性があります。 例として、 タナクトゥス ブブルルーブスフレミングが最も好きな完璧な動物の1つは、肉眼で見ることができないほど小さく、約150メートルの深さの北大西洋の堆積物にのみ見られます。 フレミング氏は、「地球生物ゲノムプロジェクトによる大規模なシーケンシング計画が、私たちの理解のギャップを着実に埋めることができることを願っています。

参照：James F Fleming、Davide Pisani、Akarawa Kazuharuによる「Tardigradaの温度および乾燥関連タンパク質ファミリーの進化は、極端な運動の複雑な獲得を明らかにします」、2023年11月29日、 ゲノム生物学と進化。
DOI: 10.1093/gbe/evad217