UMASアマースト大学が主導する国際共同研究により、ウミガメのゲノムの最高品質のマップが公開され、科学者は保護に先手を打つことができるようになりました。 Collaborative, international research effort led by UMass Amherst unveils the highest quality map of sea turtles’ genomes, giving scientists a head-start on conservation
2023-02-07 マサチューセッツ大学アマースト校
Mapping sea turtles’ genome requires multiple steps, from collection to final public release. Credit: Lisa Komoroske and Blair Bentley
◆ベントレー教授とその共同研究者たちは、遺伝子データを正しく整理し、注釈を付けると、驚きの事実を発見し始めた。まず、アオザメとオサガメは約6000万年前に共通の祖先から分岐したにもかかわらず、そのゲノムは驚くほど似ているのです。似ているが、同じではないのだ。この論文の主執筆者の一人であるマサチューセッツ工科大学のリサ・コモロスケ教授(環境保全学)は、「この違いが両者をユニークにしているのです」と語っている。特に、アオウミガメとオサガメの個体数が人間の活動によって激減していることを考えると、この違いがそれぞれの種が長期的に生き残るための鍵を握っているのかもしれません」と述べている。
◆その結果、アオウミガメは免疫に関する遺伝子をより多く進化させており、新しい病原体に対する免疫システムの備えが万全であることが示唆されるとともに、嗅覚も優れていることが判明した。また、オサガメのゲノムは、遺伝的多様性が低く、歴史的に個体数が少なかったことを示しています。「オサガメは回復力のある種ですが、急速に変化する環境の課題に対応するために進化するための遺伝的多様性があまりないことを意味します」とコモロスケは言います。このような洞察は、急速に変化する地球への適応という課題に直面しているこれらの動物を保護するための最良の方法について、保護生物学者がより多くの情報に基づいた決定を下すのに役立つだろう。
◆さらに、ベントレーとコモロスケがカメのゲノムを調べれば調べるほど、2種の遺伝子の違いの多くは、マクロ染色体ではなく、かつて「遺伝子ジャンク」と考えられていた微小染色体、すなわち哺乳類には存在しないが鳥類や爬虫類には特徴的に見られる小さな遺伝子の断片に見られることが明らかになったのである。「と、ライプニッツ動物園野生生物研究所の研究員で、この研究のもう一人の主執筆者であるカミラ・マッツォーニ氏は言う。「私達の研究は、脊椎動物の進化におけるマイクロクロモソームの重要性に関する研究者の増加に寄与するものです。
<関連情報>
- https://www.umass.edu/news/article/surprises-sea-turtle-genes-could-help-them-adapt-rapidly-changing-world
- https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2201076120
人口動態と生活史が対照的なウミガメにおける感覚・免疫遺伝子の乖離進化 Divergent sensory and immune gene evolution in sea turtles with contrasting demographic and life histories
Blair P. Bentley ,Tomás Carrasco-Valenzuela ,Elisa K. S. Ramos ,Harvinder Pawar ,Larissa Souza Arantes,Alana Alexander ,Shreya M. Banerjee ,Patrick Masterson,Martin Kuhlwilm,Martin Pippel ,Jacquelyn Mountcastle,Bettina Haase,Marcela Uliano-Silva,Giulio Formenti,Kerstin Howe ,William Chow,Alan Tracey ,Ying Sims,Sarah Pelan,Jonathan Wood ,Kelsey Yetsko,Justin R. Perrault ,Kelly Stewart,Scott R. Benson,Yaniv Levy,Erica V. Todd ,H. Bradley Shaffer ,Peter Scott,Brian T. Henen ,Robert W. Murphy ,David W. Mohr ,Alan F. Scott ,David J. Duffy ,Neil J. Gemmell,Alexander Suh ,Sylke Winkler ,Françoise Thibaud-Nissen ,Mariana F. Nery,Tomas Marques-Bonet ,Agostinho Antunes ,Yaron Tikochinski ,Peter H. Dutton,Olivier Fedrigo ,Eugene W. Myers ,Erich D. Jarvis ,Camila J. Mazzoni ,Lisa M. Komoroske
Proceedings of the National Academy of Sciences Published:February 7, 2023
DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2201076120
Significance
Sea turtle populations have undergone recent global declines. We analyzed de novo assembled genomes for both extant sea turtle families through the Vertebrate Genomes Project to inform their conservation and evolutionary biology. These highly conserved genomes were differentiated by localized gene-rich regions of divergence, particularly within microchromosomes, suggesting that these genomic elements play key functional roles in the evolution of sea turtles and possibly other vertebrates. We further demonstrate that dissimilar evolutionary histories impact standing genomic diversity and genetic load, and are critical to consider when using these metrics to assess adaptive potential and extinction risk. Our results also demonstrate how reference genome quality impacts inferences of comparative and conservation genomics analyses that need to be considered in their application.
Abstract
Sea turtles represent an ancient lineage of marine vertebrates that evolved from terrestrial ancestors over 100 Mya. The genomic basis of the unique physiological and ecological traits enabling these species to thrive in diverse marine habitats remains largely unknown. Additionally, many populations have drastically declined due to anthropogenic activities over the past two centuries, and their recovery is a high global conservation priority. We generated and analyzed high-quality reference genomes for the leatherback (Dermochelys coriacea) and green (Chelonia mydas) turtles, representing the two extant sea turtle families. These genomes are highly syntenic and homologous, but localized regions of noncollinearity were associated with higher copy numbers of immune, zinc-finger, and olfactory receptor (OR) genes in green turtles, with ORs related to waterborne odorants greatly expanded in green turtles. Our findings suggest that divergent evolution of these key gene families may underlie immunological and sensory adaptations assisting navigation, occupancy of neritic versus pelagic environments, and diet specialization. Reduced collinearity was especially prevalent in microchromosomes, with greater gene content, heterozygosity, and genetic distances between species, supporting their critical role in vertebrate evolutionary adaptation. Finally, diversity and demographic histories starkly contrasted between species, indicating that leatherback turtles have had a low yet stable effective population size, exhibit extremely low diversity compared with other reptiles, and harbor a higher genetic load compared with green turtles, reinforcing concern over their persistence under future climate scenarios. These genomes provide invaluable resources for advancing our understanding of evolution and conservation best practices in an imperiled vertebrate lineage.
