Seekor ikan dengan genom 30 kali lebih besar dari kita telah diurutkan

Saat pertama kali ditemukan, coelacanth menimbulkan banyak kehebohan. Itu adalah contoh hidup sekelompok ikan yang dianggap hanya ada sebagai fosil. Dan bukan sembarang kelompok ikan. Coelacanth dan kerabatnya, dengan siripnya yang panjang seperti tangkai, diperkirakan merupakan nenek moyang semua vertebrata selain ikan – tetrapoda, atau vertebrata berkaki empat. Artinya, antara lain, kita.

Namun sejak itu, bukti telah terkumpul bahwa kita lebih dekat dengan ikan paru-paru, yang hidup di air tawar dan ditemukan di Afrika, Australia, dan Amerika Selatan. Tapi lungfish agak aneh. Spesies Afrika dan Amerika Selatan melihat sirip nenek moyang mereka yang mirip anggota badan menyusut menjadi filamen tipis dan fleksibel. Mendapatkan perspektif tentang sejarah evolusinya terbukti sulit karena mengandung genom terbesar yang diketahui pada hewan, dengan genom lungfish Amerika Selatan mengandung lebih dari 90 miliar pasangan basa. Ini 30 kali lipat jumlah DNA yang kita miliki.

Namun teknologi pengurutan baru telah membuat tantangan semacam ini lebih mudah diakses, dan kolaborasi internasional kini telah menyelesaikan genom terbesar yang pernah ada, dengan semua kecuali satu kromosom membawa lebih banyak DNA daripada genom manusia. Penelitian ini menunjukkan sejarah dimana ikan paru-paru Amerika Selatan menambahkan 3 miliar basis DNA tambahan setiap 10 juta tahun selama 200 juta tahun terakhir, semuanya tanpa menambahkan gen baru dalam jumlah besar. Sebaliknya, ia tampaknya telah kehilangan kemampuan untuk mengendalikan DNA yang tidak diinginkan.

Akan lama

Pekerjaan ini dimungkinkan oleh teknik yang biasa disebut “pengurutan baca panjang.” Sebagian besar genom telah diselesaikan dengan pembacaan singkat, biasanya dalam kisaran 100-200 pasangan basa. Kuncinya adalah melakukan pengurutan yang cukup sehingga setiap basa dalam genom rata-rata akan diurutkan beberapa kali. Oleh karena itu, program komputer yang dirancang dengan cerdik dapat menentukan di mana dua bagian rangkaian saling tumpang tindih, mencatatnya sebagai satu bagian rangkaian yang lebih panjang, dan mengulangi proses tersebut hingga komputer mengeluarkan rantai panjang dari basis yang berdekatan.

Permasalahannya di sini adalah sebagian besar spesies non-mikroba mengandung rangkaian rangkaian yang berulang (bayangkan masing-masing ratusan salinan basa G dan A) yang panjangnya lebih dari beberapa ratus basa – rangkaian yang hampir sama yang muncul di beberapa lokasi dalam genom. . Tidak mungkin mencocokkan urutan ini dengan lokasi unik, sehingga keluaran program perakitan genom akan berisi banyak celah yang panjang dan urutannya tidak diketahui.

Hal ini menciptakan kesulitan besar bagi genom seperti genom lungfish, yang berisi DNA “sampah” yang “tidak berfungsi”, yang semuanya biasanya merupakan duplikat. Program ini cenderung menghasilkan genom dengan lebih banyak celah daripada urutan.

Teknik membaca panjang mengatasi masalah ini dengan melakukan persis seperti namanya. Alih-alih dapat mengurutkan fragmen dari 200 basa atau lebih, mereka dapat menghasilkan rangkaian yang panjangnya ribuan pasangan basa, dengan mudah mencakup seluruh pengulangan yang sebaliknya akan menciptakan celah. Salah satu versi awal dari teknologi yang telah lama dibaca melibatkan memasukkan molekul DNA panjang melalui pori-pori dan mengamati berbagai perubahan tegangan di pori-pori saat basa berbeda melewatinya. Yang lain memiliki enzim replikasi DNA yang membuat salinan duplikat dari untai panjang dan memantau perubahan fluoresen ketika basa yang berbeda ditambahkan. Versi awal ini cenderung sedikit rawan kesalahan namun telah ditingkatkan, dan kini terdapat banyak teknologi baru yang bersaing di pasaran.

Pada tahun 2021, para peneliti menggunakan teknologi ini untuk Lengkapi genomnya Para ilmuwan telah berhasil menemukan genom dari spesies Afrika dan Amerika Selatan, yang masing-masing tampaknya mengikuti jalurnya sendiri selama pecahnya benua super Gondwana, sebuah proses yang dimulai sekitar 200 juta tahun yang lalu. Memperoleh genom ketiga spesies tersebut akan memberi kita beberapa perspektif tentang ciri-ciri yang dimiliki semua spesies ikan paru-paru, dan dengan demikian kemungkinan besar juga dimiliki oleh nenek moyang jauh yang memunculkan tetrapoda.