시베리아 영구 동토층에서 발견된 46,000년 된 회충의 게놈 분석으로 새로운 종 발견

완보동물, 윤충류, 선충류와 같은 일부 유기체는 “cryptobiosis”로 알려진 휴면 상태에 들어가 가혹한 조건에서 생존할 수 있습니다. 2018년 러시아 토양과학 RAS의 물리화학적 및 생물학적 문제 연구소의 연구원들은 시베리아 영구 동토층에서 두 개의 회충(선충류) 종을 발견했습니다. 방사성 탄소 연대 측정은 약 46,000년 전인 후기 홍적세 이후로 선충 개체가 잠복 생물 상태로 남아 있음을 나타냅니다. 독일 드레스덴의 막스 플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소(MPI-CBG), 드레스덴 시스템 생물학 센터(CSBD), 쾰른 대학교 동물학 연구소의 연구원들은 모두 게놈 시퀀싱을 사용했습니다. 조립 및 계통 발생 분석을 통해 영구 동토 선충이 이전에 설명되지 않은 종인 Panagrolaimus kolymaensis에 속한다는 것을 발견했습니다. 그들은 실험실 조건에서 건조와 동결을 견디기 위해 Panagrolaimus kolymaensis가 사용하는 생화학적 메커니즘이 중요한 생물학적 모델인 Caenorhabditis elegans의 수명 주기 단계와 유사하다는 것을 보여주었습니다.

러시아 토양 과학 RAS의 물리화학적 및 생물학적 문제 연구소의 아나스타샤 샤틸로비치(Anastasia Shatilovich)가 시베리아 영구 동토층의 미사 퇴적물에 있는 화석화된 굴에서 두 마리의 얼어붙은 개별 선충을 되살렸을 때 그녀와 그녀의 동료들은 흥분을 넘어섰습니다. 실험실에서 벌레를 해동한 후 굴에서 나온 식물 재료에 대한 방사성 탄소 분석 결과 표면 아래 40m에 있는 이 얼어붙은 퇴적물은 45,839년에서 47,769년 사이의 후기 홍적세 이후로 해동되지 않은 것으로 나타났습니다. 동시에 MPI-CBG의 Teymuras Kurzchalia 연구 그룹(Teymuras Kurzchalia는 현재 은퇴함)은 이미 선충류 Caenorhabditis elegans의 애벌레 단계가 극한 조건에서 살아남는 방법에 대한 문제를 다루고 있었습니다. 팀은 영구 동토층 선충에 대해 들었을 때 즉시 Anastasia Shatilovich와의 협력을 요청했습니다.

당시 Teymuras Kurzchalia 연구 그룹의 박사 과정 학생인 Vamshidhar Gade는 영구 동토층 선충과 함께 작업하기 시작했습니다. “이 크립토바이오틱 유기체가 사용하는 분자 및 대사 경로와 생명을 정지시킬 수 있는 기간은 완전히 이해되지 않았습니다.”라고 그는 말합니다. Vamshidhar는 현재 스위스 취리히에 있는 ETH에서 일하고 있습니다.

드레스덴 연구원들은 MPI-CBG의 명예 이사이자 연구 그룹 리더인 유진 마이어스(Eugene Myers), 드레스덴 개념 게놈 센터(DRESDEN-concept Genome Center), 마이클 힐러(Michael Hiller) 연구 그룹과 공동으로 영구 동토층 선충 중 하나의 고품질 게놈 어셈블리를 수행했습니다. 당시 MPI-CBG의 연구 그룹 리더였으며 현재는 LOEWE-TBG 및 Senckenberg Society for Nature Research의 비교 유전체학 교수입니다. DNA 바코드 서열과 현미경 사진이 있음에도 불구하고 영구 동토층 벌레가 새로운 종인지 아닌지를 판단하기는 어려웠습니다. 동물학 연구소(Institute of Zoology)의 연구 그룹 리더이자 쾰른 대학교(University of Cologne)의 초기 생물다양성 유전체학 센터(BioC2)의 공동 책임자이자 생물다양성 유전체학 연구 전문가인 Philipp Schiffer는 종을 결정하고 분석하기 위해 드레스덴 연구원들과 힘을 합쳤습니다. 그의 팀과 함께 게놈. 계통유전체학적 분석을 사용하여 그와 그의 팀은 회충을 새로운 종으로 정의할 수 있었고 팀은 그것을 “Panagrolaimus kolymaensis”라고 부르기로 결정했습니다. 이 선충류가 유래한 콜리마 강(Kolyma River) 지역을 인정하여 라틴어 이름인 콜리마엔시스(Kolymaensis)가 부여되었습니다.

Panagrolaimus kolymaensis의 게놈을 모델 선충류 Caenorhabditis elegans의 게놈과 비교함으로써 Cologne의 연구원들은 두 종이 공통적으로 가지고 있고 cryptobiosis에 관여하는 유전자를 확인했습니다. 놀랍게도 Caenorhabditis elegans 소위 Dauer 유충에서 cryptobiosis에 들어가는 데 필요한 대부분의 유전자는 Panagrolaimus kolymaensis에도 존재했습니다. 다음으로 연구팀은 Panagrolaimus kolymaensis의 생존 능력을 평가했고, 얼기 전에 약간의 탈수 노출이 이 벌레가 암호생물증에 대비하고 섭씨 -80도에서 생존을 증가시키는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 생화학적 수준에서 두 종은 실험실에서 약간 탈수되었을 때 트레할로스라는 당을 생산하여 동결 및 심한 탈수를 견딜 수 있게 했습니다. Caenorhabditis elegans 유충도 해동 후 생존력이나 번식력이 저하되지 않고 -80℃에서 480일 동안 생존하여 이 치료의 혜택을 받았습니다.

Vamshidhar Gade와 Temo Kurzhchalia에 따르면, “우리의 실험 결과는 또한 Caenorhabditis elegans가 이전에 기록된 것보다 정지된 상태에서 더 오랜 기간 동안 생존할 수 있음을 보여줍니다. 전반적으로 우리의 연구는 선충류가 지질학적 시간 동안 생명을 보존할 수 있는 메커니즘을 개발했음을 보여줍니다. 미문.”

필립 쉬퍼(Philip Schiffer)는 “우리의 발견은 진화 과정을 이해하는 데 필수적입니다. 왜냐하면 세대 시간은 며칠에서 수천 년까지 다양할 수 있고 한 종의 개체가 장기간 생존하면 멸종되었을 혈통이 다시 나타날 수 있기 때문입니다.”라고 결론지었습니다. , 연구를 감독한 저자 중 한 명. Eugene Myers는 다음과 같이 덧붙였습니다. “P. kolymaensis의 매우 인접한 게놈은 이 기능을 현재 Schiffer 팀과 동료들에 의해 시퀀싱되고 있는 다른 Panagrolaimus 종의 게놈과 비교할 수 있게 할 것입니다.” Philipp Schiffer는 “게놈을 분석하여 종의 극한 환경에 대한 적응을 연구하면 지구 온난화에 직면하여 더 나은 보존 전략을 개발할 수 있게 될 것입니다.”라고 확신합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/07/230727143911.htm