การควบคุมส่วนปลาย – ความสามารถในการควบคุมยีนจากระยะไกลโดยมีตัวอักษรดีเอ็นเอมากกว่าหมื่นตัว – ปรากฏขึ้นในตอนเช้าของวิวัฒนาการของสัตว์ระหว่าง 65 ถึง 700 ล้านปีก่อน (ช่วงเวลาที่อุณหภูมิต่ำ) 150 ล้านปีก่อนหน้านี้

ภาพประกอบของโมเลกุล DNA แหล่งที่มาของภาพ: Christoph Bock, Max Planck Institute of Informatics/CC BY-SA 3.0

การควบคุมส่วนปลายขึ้นอยู่กับ DNA ที่พับเก็บได้และโปรตีนไปยังลูปที่ซับซ้อน

สิ่งนี้ย้ายภูมิภาคออกไปจากจุดเริ่มต้นของยีนเพื่อเปิดใช้งานฟังก์ชั่น

การควบคุมชั้นเพิ่มเติมนี้อาจช่วยสัตว์หลายเซลล์ตัวแรกสร้างเซลล์และเนื้อเยื่อชนิดพิเศษโดยไม่ต้องประดิษฐ์ยีนใหม่

นวัตกรรมที่สำคัญอาจมาจากชีวิตทางทะเลบรรพบุรุษร่วมกันหรือสัตว์ที่มีอยู่ทั้งหมด

สัตว์โบราณพัฒนาความสามารถในการพับ DNA ในลักษณะที่ควบคุมสร้างลูปในพื้นที่ 3 มิติทำให้ DNA ที่อยู่ห่างไกลสามารถสัมผัสกันได้โดยตรง

“ สิ่งมีชีวิตนี้สามารถนำชุดเครื่องมือทางพันธุกรรมของมันกลับมาใช้ใหม่ในรูปแบบของดาบสวิสเช่นดาบสวิสทำให้มันสมบูรณ์แบบและสำรวจกลยุทธ์การเอาชีวิตรอดที่เป็นนวัตกรรม” ดร. Iana Kim นักวิจัยหลังปริญญาเอกที่ศูนย์กฎจีโนม

“ เราไม่ต้องการให้ความซับซ้อนนี้แก่มาก”

ดร. คิมและเพื่อนร่วมงานสำรวจจีโนมของสาขาที่เก่าแก่ที่สุดในการลำดับวงศ์ตระกูลของสัตว์รวมถึงวอลนัททะเลMnemiopsis Leidyi), placozoans, cnidarians และฟองน้ำ

พวกเขายังศึกษาญาติเซลล์เดียวที่ไม่ใช่สัตว์ แต่เป็นบรรพบุรุษร่วมกัน

“ คุณสามารถค้นพบชีววิทยาใหม่ ๆ มากมายโดยดูชีวิตทางทะเลแปลก ๆ ” ศาสตราจารย์ Arnau Sebe-Pedrósนักวิจัยที่ศูนย์ควบคุมจีโนมกล่าว

“ จนถึงตอนนี้เราได้เปรียบเทียบลำดับจีโนม แต่ด้วยวิธีการใหม่เราสามารถวิเคราะห์กลไกการควบคุมยีนที่ควบคุมการทำงานของจีโนมข้ามสายพันธุ์ได้”

คนผิดปรกติ Mnemiopsis Leidyi มีปลายอะบอริจินสองแห่งและอวัยวะยอดสองอวัยวะ แหล่งที่มาของภาพ: Jokura et al., doi: 10.1016/j.cub.2024.07.084

นักวิจัยใช้เทคนิคที่เรียกว่า micro-C เพื่อทำแผนที่วิธีการที่ดีเอ็นเอทางร่างกายพับในเซลล์ใน 11 สปีชีส์ที่แตกต่างกันที่ศึกษา สำหรับเครื่องชั่งนิวเคลียสของมนุษย์แต่ละตัวมี DNA ประมาณ 2 เมตร

นักวิทยาศาสตร์คัดกรองข้อมูลลำดับ 10 พันล้านเพื่อสร้างแผนที่จีโนม 3 มิติของแต่ละสปีชีส์โดยละเอียด

ในขณะที่ไม่มีข้อบ่งชี้ถึงการควบคุมส่วนปลายของญาติเซลล์เดียวของสัตว์สัตว์ที่แตกแขนง (เช่นหวีเยลลี่, placozoans และ cnidarians) มีหลายรอบ

วอลนัททะเลเพียงอย่างเดียวมีการขี่จักรยานจีโนมทั้งหมดมากกว่าสี่พัน

การค้นพบนี้น่าประหลาดใจเนื่องจากจีโนมของมันมีความยาวประมาณ 200 ล้านตัวอักษร DNA

ในทางตรงกันข้ามจีโนมของมนุษย์มีความยาว 3.1 พันล้านตัวอักษรและเซลล์ของเราสามารถมีรอบนับหมื่นรอบ

จนถึงตอนนี้กฎระเบียบส่วนปลายได้รับการพิจารณาว่าเป็นคนแรกที่ปรากฏตัวในบรรพบุรุษสามัญคนสุดท้ายของมนุษย์สองหางสัตว์ชนิดต่าง ๆ หลายชนิดที่ปรากฏตัวครั้งแรกบนโลกเมื่อประมาณ 500 ล้านปีก่อน

อย่างไรก็ตามหวีเยลลี่เป็นลูกหลานของรูปแบบชีวิตที่แตกต่างจากระยะแรกจากเชื้อสายสัตว์อื่น ๆ

“ ไม่ว่าหวีเยลลี่จะมีขนาดใหญ่กว่าฟองน้ำในต้นไม้แห่งชีวิตมันเป็นการอภิปรายระยะยาวในวงกลมชีววิทยาวิวัฒนาการ แต่การศึกษาแสดงให้เห็นว่ากฎระเบียบส่วนปลายอยู่ที่ 1.5 พันล้านปีก่อนหน้านี้” ผู้เขียนกล่าว

เอกสารเกี่ยวกับการค้นพบได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวันนี้ ธรรมชาติ–

–

IV Kim รอ– วงแหวนโครมาตินเป็นเครื่องหมายบรรพบุรุษสำหรับการควบคุมสัตว์ของจีโนม ธรรมชาติเปิดตัวออนไลน์เมื่อวันที่ 7 พฤษภาคม 2568; ดอย: 10.1038/s41586-025-08960-W