大白鯊是地球上最受認(rèn)可的海洋生物之一，引起了廣泛的公眾矚目和媒體關(guān)注，包括產(chǎn)生好萊塢歷史上最成功的電影之一。這種鯊魚具有顯著的特征，包括其巨大的尺寸(高達(dá)20英尺和7,000磅)和潛水到近4000英尺的深度。由于世界海洋的數(shù)量相對較少，大白鯊也是一個很大的保護(hù)問題。

在了解這種標(biāo)志性頂點(diǎn)捕食者和鯊魚的生物學(xué)的一個重大科學(xué)步驟中，白鯊的整個基因組現(xiàn)在已被詳細(xì)解碼。

由Nova Southeastern University(NSU)Save Our Seas Foundation Shark研究中心和Guy Harvey研究所(GHRI)，康奈爾大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院和蒙特利灣水族館的科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊完成了白鯊基因組并將其與基因組進(jìn)行了比較來自各種其他脊椎動物，包括巨型鯨鯊和人類。

該研究結(jié)果發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊 “最新文章”部分。

解讀白鯊的基因組不僅揭示了它的巨大尺寸 - 人類基因組大小的1.5倍 - 而且還有大量遺傳變化可能是大體型和長壽鯊魚進(jìn)化成功的原因。 。

研究人員發(fā)現(xiàn)了特定DNA序列變化的驚人事件，表明在許多基因中具有重要作用的分子適應(yīng)(也稱為陽性選擇)，這些基因在維持基因組穩(wěn)定性方面具有重要作用 - 抵消物種DNA損傷累積的遺傳防御機(jī)制，從而保持基因組的完整性。

這些適應(yīng)性序列變化發(fā)現(xiàn)于與DNA修復(fù)，DNA損傷反應(yīng)和DNA損傷耐受性密切相關(guān)的基因中。眾所周知，相反的現(xiàn)象，即由累積的DNA損傷導(dǎo)致的基因組不穩(wěn)定性使人易患多種癌癥和與年齡有關(guān)的疾病。

“不僅有令人驚訝的大量基因組穩(wěn)定性基因包含這些適應(yīng)性變化，而且還有一些這些基因的豐富，突出了這種基因微調(diào)在白鯊中的重要性，”Mahmood Shivji說，博士，NSU拯救我們海洋基金會鯊魚研究中心和GHRI的主任。Shivji與康奈爾大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的Michael Stanhope博士共同領(lǐng)導(dǎo)了這項研究。

另外值得注意的是，白鯊基因組含有非常多的“跳躍基因”或轉(zhuǎn)座子，在這種情況下是特定類型，稱為LINEs。事實上，這是迄今為止在脊椎動物中發(fā)現(xiàn)的最高比例的LINE(近30%)。

“已知這些LINE通過在DNA中產(chǎn)生雙鏈斷裂導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，”Stanhope說。“有可能的是，白鯊基因組中LINE的增殖可能代表了高效DNA修復(fù)機(jī)制進(jìn)化的強(qiáng)選擇劑，并反映在許多基因組穩(wěn)定基因的陽性選擇和富集中。”

國際研究團(tuán)隊，其中包括來自加利福尼亞州立大學(xué)，蒙特利灣，克萊姆森大學(xué)，葡萄牙波爾圖大學(xué)和俄羅斯的Theodosius Dobzhansky基因組生物信息學(xué)中心的科學(xué)家，他們還發(fā)現(xiàn)許多相同的基因組穩(wěn)定基因在白色鯊魚也處于積極的選擇之中，并且富含巨大的長壽鯨鯊。

鯨鯊也有這些關(guān)鍵的基因組穩(wěn)定性適應(yīng)的發(fā)現(xiàn)是重要的，因為從理論上講，發(fā)生癌癥的風(fēng)險應(yīng)隨著細(xì)胞數(shù)量(大體)和生物體的壽命而增加 - 對身體的正面關(guān)系有統(tǒng)計學(xué)支持物種內(nèi)的大小和癌癥風(fēng)險。有趣的是，這并不會跨越物種。

與預(yù)期相反，非常大體型的動物不會比人類更容易患癌癥，這表明它們已經(jīng)進(jìn)化出了更高的癌癥保護(hù)能力。在白鯨和鯨鯊的基因組穩(wěn)定基因中發(fā)現(xiàn)的遺傳創(chuàng)新可以是適應(yīng)性，促進(jìn)其大體和長壽命的進(jìn)化。

“解讀白鯊基因組正在為科學(xué)提供一套新的鑰匙，以解開關(guān)于這些恐懼和被誤解的掠食者的謎團(tuán) - 為什么鯊魚已經(jīng)茁壯成長了大約5億年，比地球上幾乎所有的脊椎動物都要長”薩爾瓦多·約根森博士說。蒙特利灣水族館的高級研究科學(xué)家，他是該研究的共同作者。

但創(chuàng)新并沒有就此結(jié)束。

鯊魚基因組揭示了與傷口愈合途徑相關(guān)的基因中其他有趣的進(jìn)化適應(yīng)。鯊魚因其令人印象深刻的傷口愈合而聞名。

“我們發(fā)現(xiàn)陽性選擇和基因內(nèi)容豐富涉及與傷口愈合中一些最基本途徑相關(guān)的幾個基因，包括關(guān)鍵的血液凝固基因，”Stanhope說。“這些涉及傷口愈合基因的適應(yīng)性可能是鯊魚從大型傷口中有效治愈的驕傲能力的基礎(chǔ)。”

研究人員說，他們剛剛探討了關(guān)于白鯊基因組的“冰山一角”。

“在許多嚴(yán)重的人類疾病中，基因組不穩(wěn)定是一個非常重要的問題;現(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)大自然已經(jīng)制定了聰明的策略來維持這些體型龐大，壽命長的鯊魚的基因組穩(wěn)定性，”Shivji說。“從這些進(jìn)化奇跡中可以學(xué)到很多東西，包括可能有助于對抗癌癥和與年齡有關(guān)的疾病的信息，以及改善人類傷口愈合治療的方法，因為我們會發(fā)現(xiàn)這些動物如何做到這一點(diǎn)。”

對白鯊基因組的解碼也將有助于保護(hù)這種和相關(guān)的鯊魚，其中許多鯊魚由于過度捕撈而迅速減少種群，“NSU的保護(hù)遺傳學(xué)家Steven O'Brien說，他共同構(gòu)思了這項研究。”基因組數(shù)據(jù)將是了解白鯊種群動態(tài)的重要資產(chǎn)，以更好地保護(hù)這一令人驚嘆的物種，這些物種已經(jīng)吸引了許多人的想象力。“