发表在最新一期（12月19日）《自然》（Nature）杂志上的一篇新文章，揭示了三个重要生物——水蛭（leech）、海蠕虫（Capitella teleta）和青贝（limpet）基因组。通过这一研究，来自莱斯大学、加州大学伯克利分校和美国能源部联合基因组研究所（JGI）的科学家们将冠轮动物（Lophotrochozoans）的基因组数量增加了一倍以上。
冠轮动物是一种种类繁多的动物类群，包括软体动物（如蜗牛、蛤类和章鱼）以及环节动物（如水蛭和蚯蚓）。像人类和所有其他动物一样，冠轮动物的进化历史可以追溯到最早的多细胞生物。然而在5亿多年以前，冠轮动物进化树分支便与生成人类的分支分离。
“包括人类在内的大多数动物，都具有左右对称的体制，它们的左右两侧就像是彼此的镜中像。当你聚焦所有的两侧对称物种时，可以将它们分为三个大群，即生物学家所谓的分支（clade），”研究的共同作者、莱斯大学生态学和进化生物学助理教授Nicholas Putnam说。
他说：“冠轮动物是其中的一个分支，当我们查看所有已经测序的基因组时，我们发现只有两种动物是冠轮动物。这在遗传记录上留下了一个大缺口，我们开展这项研究的目的在于填补这一空白区中的一些缺口。”
在这项新研究中三个新测序的物种分别是：一种海洋蠕虫Capitella teleta，一种淡水水蛭Helobdella robusta和一种大型的海洋软体动物Lottia gigantean。
Putnam说：“在莱斯大学，我们从事比较基因组学研究。我们寻找基因组间可识别的相似性，我们对基因间以及遗传组织模式中的相似性感兴趣。这些结构相似性可以告诉我们很多关于个别基因和功能性基因组，如染色体的进化信息。”
Putna说几乎所有已经发布的基因组都来自动物王国中最常研究的分子：后口动物（deuterostomes），它包括人类、其他的脊椎动物和蜕皮动物（ecdysozoans）。以往研究只绘制了两种冠轮动物基因，且两种均是寄生蠕虫，不能代表这一分支中大多数的物种。
在研究冠轮动物基因组过程中，Putnam研究小组开发了一些新的计算工具，来细查和比较三个新基因组和数百个已知基因组的差异。已知基因组包括有人类和果蝇等常研究的模式生物。
这些工具使得搜索基因组间相似性变得简化，还帮助研究人员追踪了发生在特异基因组中的进化改变。
Putnam说：“利用这些工具，我们侧重研究了特异突变发生的进化树部分。例如，我们可以说，‘一个发生在此处的突变移动了这一染色体的一大块，它一定发生在冠轮动物与后口动物分离后，软体动物与环节动物分离前’”。
到目前为止，Putnam研究小组已经追踪了17个“祖先连锁群”（ancestral linkage groups），在结构上大群基因与染色体相似，是所有两侧对称动物的最近的共同祖先
Putnam 说：“对于我们而言，有趣的事情是发现现在存在于不同物种中的基因，追踪它们至一个共同祖先的单基因，利用我们发现的模式，我们测试了关于进化过程的假说。现在的基因有些仍有可能具有相同的功能，但有些则进化出了一种全新的功能。”
Putnam说研究小组已经追踪了三个新基因组中几乎一半的基因组谱系，这一工作仍在继续。
Putnam说：“这些研究让我们知道关于自身和其他脊椎动物的许多重要信息。查看整个动物王国，我们获得了更高分辨率和清晰度，了解我们的基因组中哪些是新的，哪些从我们的远古祖先保存下来的。”(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11696
PMC:
PMID:
Insights into bilaterian evolution from three spiralian genomes
Oleg Simakov, Ferdinand Marletaz, Sung-Jin Cho, Eric Edsinger-Gonzales, Paul Havlak,Uffe Hellsten, Dian-Han Kuo, Tomas Larsson, Jie Lv, Detlev Arendt, Robert Savage,Kazutoyo Osoegawa, Pieter de Jong, Jane Grimwood, Jarrod A. Chapman, Harris Shapiro,Andrea Aerts, Robert P. Otillar, Astrid Y. Terry, Jeffrey L. Boore, Igor V. Grigoriev, David R. Lindberg, Elaine C. Seaver, David A. Weisblat, Nicholas H. Putnam & Daniel S. Rokhsar
Current genomic perspectives on animal diversity neglect two prominent phyla, the molluscs and annelids, that together account for nearly one-third of known marine species and are important both ecologically and as experimental systems in classical embryology1, 2, 3. Here we describe the draft genomes of the owl limpet (Lottia gigantea), a marine polychaete (Capitella teleta) and a freshwater leech (Helobdella robusta), and compare them with other animal genomes to investigate the origin and diversification of bilaterians from a genomic perspective. We find that the genome organization, gene structure and functional content of these species are more similar to those of some invertebrate deuterostome genomes (for example, amphioxus and sea urchin) than those of other protostomes that have been sequenced to date (flies, nematodes and flatworms). The conservation of these genomic features enables us to expand the inventory of genes present in the last common bilaterian ancestor, establish the tripartite diversification of bilaterians using multiple genomic characteristics and identify ancient conserved long- and short-range genetic linkages across metazoans. Superimposed on this broadly conserved pan-bilaterian background we find examples of lineage-specific genome evolution, including varying rates of rearrangement, intron gain and loss, expansions and contractions of gene families, and the evolution of clade-specific genes that produce the unique content of each genome.
