Морские огурцы образуют один класс иглокожих, тип, который также включает морских ежей и морских звезд («морские звезды»). Иглокожие и хордовые (близкородственный тип, в который входят люди) имеют общую черту, которая отличает их от большинства других животных: это так называемые дейтеростомы, в которых сначала в развитии формируется анус, а не рот.
Морские огурцы уникальны среди иглокожих тем, что не имеют затвердевшего кальциевого экзоскелета и обладают гораздо большей способностью регенерировать поврежденные или утраченные части тела и внутренние органы, чем морские ежи или морские звезды.Чтобы исследовать генетические основы этих особенностей и лучше понять эволюцию дейтеростомов, авторы выполнили геномное секвенирование с высоким разрешением морского огурца Apostichopus japonicus (также известного как японский морской огурец), охватывающего около 92% его оценочной стоимости. 880 мегабаз ДНК, в том числе более 30 000 генов.Сравнивая геном A. japonicus с геномом других организмов, авторы обнаружили доказательства того, что иглокожие отделились от гемихордовых (небольшая группа морских дейтеростомов, в которую входят желудевые черви) около 533 миллионов лет назад, а трепанги отделились от других организмов. иглокожие появились около 479 миллионов лет назад.
Авторы показали, что в то время как геном морского ежа включает 31 ген биоминерализации, критически важный для формирования кальцинированного скелета, у морского огурца таких генов всего семь. Они также обнаружили, что морской огурец экспрессировал эти гены биоминерализации на гораздо более низком уровне на протяжении всего развития, что, вероятно, объясняет их более мягкие тела по сравнению с морскими ежами.В качестве стратегии отпугивания хищников морские огурцы могут изгнать свои внутренности, которые затем могут восстановиться в течение нескольких недель. Авторы обнаружили группу дублированных генов, называемых PSP94-подобными генами, которые были специфически экспрессированы в регенерирующем кишечнике морского огурца и не имели соответствующих генов у других иглокожих, предполагая, что эти гены могут иметь решающее значение для способности животных к быстро отрастают внутренности.
Вторая группа генов, называемых белками, связанными с фибриногеном, также была продублирована и сильно экспрессировалась во время регенерации, что указывает на то, что они, вероятно, также способствуют этой способности.«Морской огурец является особенно многообещающим модельным животным для регенеративной медицины», — сказал Сян, и наличие его генома должно помочь усилиям по изучению биологии регенерации и определению того, может ли отрастание иглокожих предложить идеи, которые могут быть применены в медицине человека. «Наши результаты должны также облегчить понимание требований к устойчивому использованию и эффективному разведению иглокожих в поддержку производства ценных морских огурцов», что включает его использование в качестве источника пищи и традиционную китайскую медицину.