ให้ความรู้เกี่ยวกับต้นไม้

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในนิตยสาร Scienceเป็นส่วนหนึ่งของชุดบทความที่เผยแพร่โดย Zoonomia Project ซึ่งเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์จากทั่วโลกที่ใช้ชุดข้อมูลจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์เพื่อกำหนดประวัติวิวัฒนาการของจีโนมมนุษย์ในบริบทของ ประวัติวิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เป้าหมายสูงสุดของพวกเขาคือการระบุพื้นฐานทางพันธุกรรมของลักษณะและโรคในคนและสปีชีส์อื่นได้ดีขึ้น การวิจัยของ Texas A&M University นำโดยดร. William J. Murphy ศาสตราจารย์ภาควิชาชีววิทยาศาสตร์เชิงบูรณาการทางสัตวแพทย์และดร. Nicole Foley นักวิทยาศาสตร์การวิจัยร่วมในห้องทดลองของ Murphy มีรากฐานมาจาก phylogeny ซึ่งเป็นสาขาหนึ่งของชีววิทยาที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการและความหลากหลายของสิ่งมีชีวิตและสิ่งมีชีวิตที่สูญพันธุ์ "ข้อโต้แย้งหลักคือเกี่ยวกับว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรก (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่พัฒนาภายในรก) แยกออกจากกันก่อนหรือหลังเหตุการณ์การสูญพันธุ์ยุคครีเทเชียส-พาเลโอจีน (หรือ K-Pg) ที่กวาดล้างไดโนเสาร์ที่ไม่ใช่นก" โฟลีย์กล่าว "ด้วยการวิเคราะห์ประเภทใหม่ๆ ที่เป็นไปได้เพียงเพราะขอบเขตขนาดใหญ่ของ Zoonomia เราจึงตอบคำถามว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีความหลากหลายและวิวัฒนาการที่ใดและเมื่อใดที่สัมพันธ์กับการสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ของ K-Pg" การวิจัย - ซึ่งดำเนินการร่วมกับผู้ทำงานร่วมกันที่ University of California, Davis; มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์; และพิพิธภัณฑ์ประวัติศาสตร์ธรรมชาติแห่งอเมริกา สรุปว่าสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเริ่มมีความหลากหลายก่อนการสูญพันธุ์ของ K-Pg อันเป็นผลมาจากการเคลื่อนตัวของทวีป ซึ่งทำให้มวลแผ่นดินแยกออกจากกันและกลับมารวมกันใหม่เป็นเวลาหลายล้านปี ชีพจรของความหลากหลายเกิดขึ้นทันทีหลังจากการสูญพันธุ์ของไดโนเสาร์ K-Pg เมื่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมมีพื้นที่ทรัพยากรและความมั่นคงมากขึ้น อัตราการกระจายพันธุ์ที่เร่งขึ้นนี้นำไปสู่ความหลากหลายของสายเลือดสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น สัตว์กินเนื้อ สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และสัตว์กีบเท้า ซึ่งอยู่ร่วมกันบนโลกในปัจจุบัน งานวิจัยของ Murphy และ Foley ได้รับทุนสนับสนุนจาก National Science Foundation และเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Zoonomia ที่นำโดย Elinor Karlsson และ Kerstin Lindblad-Toh จาก Broad Institute ซึ่งยังเปรียบเทียบจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเพื่อทำความเข้าใจพื้นฐานของฟีโนไทป์ที่น่าทึ่ง นั่นคือการแสดงออก ของยีนบางอย่าง เช่น ตาสีน้ำตาลกับตาสีฟ้า -- และต้นกำเนิดของโรค โฟลีย์ชี้ให้เห็นว่าความหลากหลายของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีรกนั้นแสดงออกมาทั้งในลักษณะทางกายภาพและความสามารถพิเศษของพวกมัน "สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในปัจจุบันแสดงถึงความหลากหลายทางวิวัฒนาการอย่างมหาศาล ตั้งแต่การบินหวือหวาของค้างคาวแมลงภู่ตัวเล็ก ไปจนถึงการร่อนอย่างเนือยๆ ของวาฬสีน้ำเงินขนาดมหึมาขณะที่มันว่ายผ่านมหาสมุทรอันกว้างใหญ่ของโลก หลายๆ สายพันธุ์มีวิวัฒนาการเพื่อส่งเสียงสะท้อน บางชนิดสร้างพิษ ต้นไม้ ในขณะที่บางชนิดมีวิวัฒนาการ ความต้านทานมะเร็งและความทนทานต่อไวรัส "เธอกล่าว "ความสามารถในการดูความแตกต่างและความคล้ายคลึงกันของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมในระดับพันธุกรรมสามารถช่วยให้เราทราบส่วนของจีโนมที่มีความสำคัญต่อการควบคุมการแสดงออกของยีน" เธอกล่าวต่อ "การปรับแต่งกลไกจีโนมิกในสปีชีส์ต่างๆ ได้นำไปสู่ความหลากหลายของลักษณะที่เราเห็นในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่มีชีวิตทุกวันนี้" เมอร์ฟีแบ่งปันว่าวิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่แก้ไขแล้วของโฟลีย์มีความสำคัญต่อเป้าหมายของโครงการ Zoonomia ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้ประโยชน์จากพลังของจีโนมเปรียบเทียบเป็นเครื่องมือสำหรับยาของมนุษย์และการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพ "โครงการ Zoonomia มีผลกระทบอย่างมาก เพราะเป็นการวิเคราะห์ครั้งแรกที่จัดจีโนมสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่หลากหลาย 241 ชนิดในคราวเดียว และใช้ข้อมูลนั้นเพื่อทำความเข้าใจจีโนมมนุษย์ให้ดียิ่งขึ้น" เขาอธิบาย "แรงผลักดันสำคัญในการรวบรวมชุดข้อมูลขนาดใหญ่นี้คือเพื่อให้สามารถเปรียบเทียบจีโนมเหล่านี้ทั้งหมดกับจีโนมมนุษย์และกำหนดว่าส่วนใดของจีโนมมนุษย์มีการเปลี่ยนแปลงตลอดประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม" การพิจารณาว่าส่วนใดของยีนที่สามารถจัดการได้และส่วนใดที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อการทำงานของยีนเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการแพทย์ของมนุษย์ การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ในScience Translational Medicineซึ่งนำโดยหนึ่งในเพื่อนร่วมงานของ Murphy และ Foley คือ Dr. Scott Dindot นักพันธุศาสตร์ Texas A&M ใช้วิธีการเปรียบเทียบจีโนมิกส์เพื่อพัฒนาการบำบัดด้วยโมเลกุลสำหรับกลุ่มอาการ Angelman ซึ่งเป็นความผิดปกติทางระบบประสาทที่หายากและทำลายล้าง ซึ่งถูกกระตุ้นโดยการสูญเสีย การทำงานของ ยีน UBE3Aในสมอง ของมารดา ทีมของ Dindot ใช้ประโยชน์จากมาตรการจำกัดวิวัฒนาการแบบเดียวกันที่ระบุโดย Zoonomia Project และนำไปใช้เพื่อระบุเป้าหมายทางพันธุกรรมที่สำคัญแต่ไม่เป็นที่รู้จักมาก่อน ซึ่งสามารถนำมาใช้เพื่อช่วยเหลือการแสดงออกของ UBE3A ในเซลล์ประสาทของมนุษย์ เมอร์ฟีกล่าวว่า การขยายความสามารถในการเปรียบเทียบจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยใช้ชุดข้อมูลที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์จะช่วยพัฒนาการรักษาและการรักษาเพิ่มเติมสำหรับอาการป่วยของสายพันธุ์อื่นที่มีรากฐานมาจากพันธุกรรม รวมถึงแมวและสุนัข “ตัวอย่างเช่น แมวมีการปรับตัวทางสรีรวิทยาจากการกลายพันธุ์ที่ไม่เหมือนใคร ซึ่งทำให้พวกมันกินอาหารที่มีไขมันสูงและโปรตีนสูงโดยเฉพาะซึ่งไม่ดีต่อสุขภาพของมนุษย์” เมอร์ฟีอธิบาย "แง่มุมที่สวยงามประการหนึ่งของการจัดตำแหน่ง 241 สายพันธุ์ของ Zoonomia คือเราสามารถเลือกสายพันธุ์ใดก็ได้ (ไม่ใช่แค่มนุษย์) เป็นข้อมูลอ้างอิง และกำหนดว่าส่วนใดของจีโนมของสายพันธุ์นั้นสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างอิสระ และส่วนใดที่ไม่สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงได้ ในกรณีนี้ ยกตัวอย่างเช่น แมว เราอาจสามารถช่วยระบุการดัดแปลงพันธุกรรมในสายพันธุ์เหล่านั้น ซึ่งอาจนำไปสู่เป้าหมายในการรักษาโรคหลอดเลือดหัวใจในคน" วิวัฒนาการทางวิวัฒนาการของเมอร์ฟีและโฟลีย์ยังมีบทบาทสำคัญในเอกสารที่ตามมาอีกหลายฉบับที่เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ "มันเป็นจีโนมิกแบบหยดลง" โฟลีย์อธิบาย "สิ่งหนึ่งที่น่ายินดีที่สุดสำหรับฉันในการทำงานเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่กว้างขึ้นคือการเห็นว่ามีโครงการวิจัยต่างๆ มากมายที่ได้รับการปรับปรุงโดยการรวมเอาสายวิวัฒนาการของเราไว้ในการวิเคราะห์ ซึ่งรวมถึงการศึกษาเกี่ยวกับการอนุรักษ์จีโนมของสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ไปจนถึงผู้ที่ดูวิวัฒนาการ ที่มีลักษณะซับซ้อนของมนุษย์ที่แตกต่างกัน" โฟลีย์กล่าวว่าทั้งมีความหมายและคุ้มค่าที่จะตอบคำถามที่มีการถกเถียงกันอย่างหนักเกี่ยวกับช่วงเวลาของการกำเนิดของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและเพื่อสร้างสายวิวัฒนาการที่ขยายตัวซึ่งเป็นรากฐานสำหรับนักวิจัยรุ่นต่อ ๆ ไป “นับจากนี้ไป การจัดเรียงจีโนมขนาดใหญ่นี้และประวัติวิวัฒนาการจีโนมของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจะเป็นพื้นฐานของทุกสิ่งที่ทุกคนจะทำเมื่อถามคำถามเปรียบเทียบในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม” เธอกล่าว "นั่นมันเจ๋งมาก"