Nature：古基因谱系支持栉水母是其他动物的共同姊妹类群

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题目：Ancient gene linkages support ctenophores as sister to other animals

期刊：Nature

IF：69.504

发表时间：2023年5月17日

通讯作者单位：维也纳大学

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05936-6

主要内容：

对各种动物和非动物的染色体组织的分析提供了证据，表明一组被称为栉水母或梳状水母的海洋生物是所有其他动物的姐妹支系，为回答一个长期存在的进化问题提供了新的方法。

不同的动物品系之间是如何相互关联的？尽管传统的形态学和分子学方法已经解决了各系之间的许多关系，但对其他动物的姊妹系的身份仍有争议。这个最早分化的群体的两个候选者是栉水母（ctenophores）和海绵动物。海绵动物缺乏神经元和肌肉，而栉水母则拥有这些细胞类型。因此，解决这些品系中哪一个存在于它自己的进化分支，反之，哪一个与其他动物的关系更密切，对这些复杂动物生命特征的早期进化有影响。然而，解决这些问题被证明是困难的，部分原因是这些分歧发生在5亿多年前。

作者以前比较了不同物种的基因组序列，发现在双侧对称的动物（包括蠕虫、软体动物和脊椎动物）、刺胞动物（如水母和海葵）和海绵中，有几组基因在同一染色体上连在一起5。这种染色体相连的基因被说成是合成的（即属于同一条DNA线）。在不同的动物谱系中观察到的共同的合成模式意味着这些基因在它们的共同祖先中已经是合成的，而且这种合成的进化是缓慢的。作者推断，追踪这种古老的连接基因的进化历史，以及在罕见的染色体断裂和融合之后，可以使作者重建祖先染色体的基因内容，并帮助解决关于动物之间最早的分歧的争论。

作者生成了几种动物和非动物的染色体尺度的基因组序列，并开发了识别古老的、保守的合成基因组的方法。值得注意的是，作者发现保守的合成基因在动物和它们的 "近亲 "非动物亲属之间延伸--分化于8亿多年前的品系。据作者所知，这些是所描述的最古老的保守的合成关系。此外，虽然栉水母和非动物共享明显的祖先合成模式，但所有其他动物共享这些祖先模式的独特混合物。两栖动物、刺胞动物和海绵动物共享的混合合成模式可能是在它们的共同祖先从栉水母中分裂出来后通过染色体重排产生的。这些混合模式有力地支持了一个模型，即栉水母在动物进化树的底部存在于自己的分支上（图1）。

神经肌肉系统存在于双壳类动物、刺胞动物和栉水母中。然而，海绵动物缺乏神经元和肌肉。对这些差异的解释取决于进化的情况。如果海绵是所有其他动物的姐妹群（海绵-姐妹方案；图1），没有神经肌肉系统将是动物的祖先状态，这些系统将出现在导致双壳类、刺胞类和栉水母的世系上。然而，如果栉水母是姊妹系，正如作者的工作所表明的那样，有两种可能的情况：要么复杂的神经系统在不同的动物群中不止一次地出现（称为收敛进化），要么神经细胞类型在共同的动物祖先中存在，但在海绵系中消失。

作者发现了支持栉水母-姐妹假说的合成模式。海绵-姐妹假说则要求这些模式在海绵和导致双壳类和刺胞类的共同系中通过趋同进化而产生。虽然在染色体的进化动态方面还有很多东西需要学习，但多个这样的趋同似乎不太可能。

作者的假设是可以检验的：作者预测来自不同动物的基因组序列应该反映作者论文中描述的染色体模式。发现缺乏所提出的共享染色体模式的双壳类、网状类或海绵类的基因组，或与双壳类和网状类共享模式而不是海绵类的栉水母，将对作者的假说提出挑战。无论如何，对海绵动物和栉水母的进一步研究将增加作者对动物起源和多样化的了解。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05936-6

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