Genom komodo mengungkapkan petunjuk tentang evolusinya – Sains Terkini

Komodo adalah kadal terbesar di dunia. Predator dengan berat hingga 200 pound ini dapat mendeteksi mangsanya dari jarak sejauh 7,5 mil.

Meskipun komodo hewan berdarah dingin, mereka dapat meningkatkan metabolisme tubuhnya hingga mendekati tingkat mamalia. Inilah yang memberi mereka kecepatan dan daya tahan yang tinggi.

genom-komodo

Akan tetapi, para ilmuwan hanya sedikit memahami tentang bagaimana DNA dari kadal yang luar biasa ini mengkodekan karakteristik yang menakjubkan.

Sekarang, sebuah studi terbaru dari para peneliti di Gladstone Institutes, dalam kerja sama dengan para ilmuwan di UC San Francisco (UCSF) dan Zoo Atlanta, memberikan urutan resolusi tinggi pertama dari komodo, serta wawasan tentang bagaimana ia berevolusi.

“Kami memulai proyek ini 9 tahun yang lalu untuk melihat bagaimana genom berevolusi, tetapi untuk melakukannya, kami membutuhkan urutan genom terlebih dahulu,” kata Penyelidik Senior Gladstone Benoit Bruneau, PhD, seorang penulis senior penelitian.

“Pada saat itu, kelompok-kelompok lain telah mengurutkan genom penyu, genom ular dan burung, serta genom buaya sedang dalam proses, namun cabang yang hilang adalah kadal varanid – keluarga yang menjadi milik komodo.”

“Saya pergi ke Pulau Komodo bertahun-tahun yang lalu sebagai turis, dan saya melihat komodo di alam liar di sana,” kata Katherine Pollard, PhD, peneliti senior dan direktur Institut Gladstone untuk Ilmu Data dan Bioteknologi, yang merupakan salah satu senior penulis penelitian.

“Saya tidak pernah menduga kalau suatu hari saya akan mengerjakan genom mereka. Kami bahkan tidak memiliki genom manusia pada waktu itu!”

Tim mempelajari DNA dua komodo dari Zoo Atlanta bernama Slasher dan Rinca, yang sampel darahnya diperoleh sebagai bagian dari jadwal pemeriksaan tahunan mereka.

“Proyek ini adalah kesempatan besar bagi kami untuk belajar lebih banyak tentang komodo menggunakan teknologi terbaru dan terbaik, dan kemudian dapat memberikan kontribusi hasil temuan kami terhadap pengetahuan umum tentang biologi kadal,” kata Joseph R. Mendelson III, PhD, seorang herpetologis dan ahli biologi vertebrata evolusioner, dan direktur penelitian di Zoo Atlanta.

Studi ini diterbitkan dalam jurnal Ekologi & Evolusi Alam dan dirilis pada BioRxiv sebagai pracetak dengan repositori data.

Studi memberikan urutan kualitas yang sangat tinggi dari genom komodo, yang sekarang dapat digunakan sebagai referensi dalam upaya mengurutkan genom vertebrata lainnya.

“Genom vertebrata besar, dan mengandung banyak urutan berulang,” jelas Pollard, yang juga seorang profesor di UCSF dan peneliti Chan Zuckerberg Biohub.

“Sebagian besar teknologi pengurutan hanya menghasilkan rentetan pendek pada satu waktu. Ketika bentangan pendek itu mencakup elemen berulang, tidak mungkin untuk mengetahui di mana mereka berada dan apa yang mereka hubungkan, sehingga sulit untuk merangkai mereka bersama-sama.”

Untuk mengatasi masalah ini, tim mengambil pendekatan multi teknik.

“Kami menggunakan beberapa teknologi, termasuk pengurutan jarak jauh dan teknik pemetaan fisik untuk melakukan perakitan,” kata Bruneau, yang juga direktur Institut Penyakit Kardiovaskular Gladstone dan seorang profesor di Departemen Pediatri di UCSF.

“Sebagai hasilnya, kami memiliki urutan yang sangat dalam, sangat berkualitas tinggi untuk Komodo.”

Setelah para ilmuwan memiliki urutan, mereka menggunakan alat komputasi untuk membandingkannya dengan reptil lain dan melihat apa yang membuat genom komodo unik.

Secara khusus, mereka mencari perubahan dalam genom yang membantu komodo beradaptasi dengan lingkungannya, yang telah mengalami proses evolusi yang disebut seleksi positif.

Temuan luar biasa adalah bahwa seleksi positif telah membentuk beberapa gen yang terlibat dalam fungsi mitokondria, pembangkit tenaga energi sel yang mengontrol seberapa baik jantung dan fungsi otot lainnya.

“Analisis kami menunjukkan bahwa pada Komodo, banyak gen yang terlibat dalam bagaimana sel membuat dan menggunakan energi telah berubah dengan cepat dengan cara yang meningkatkan kapasitas aerobik kadal,” kata Abigail Lind, PhD, seorang peneliti postdoctoral di lab Pollard dan penulis pertama dari pembelajaran.

“Perubahan-perubahan ini kemungkinan merupakan kunci bagi kemampuan Komodo untuk mencapai metabolisme hampir mirip mamalia.”

Kadal umumnya tidak dikenal karena kapasitas aerobiknya yang tinggi. Dengan kata lain, mereka menjadi cepat lelah setelah aktivitas fisik.

“Namun, kita tahu dari bekerja dengan komodo bahwa mereka mampu melakukan aktivitas aerobik yang berkelanjutan, yang bisa berenang, berlari, atau berjalan jarak yang sangat jauh,” jelas Mendelson, yang juga merupakan profesor rekanan di Institut Teknologi Georgia.

“Studi kami menunjukkan bahwa rahasianya ada dalam adaptasi mitokondria ini untuk meningkatkan kerja jantung mereka. Ini memberi kami pemahaman tentang bagaimana hewan-hewan ini mampu melakukan apa yang telah kami amati.”

Selain itu, para peneliti menemukan bahwa komodo, bersama dengan beberapa kadal lainnya, memiliki sejumlah besar gen yang menyandikan sensor kimia yang dikenal sebagai reseptor vomeronasal.

Reseptor ini adalah bagian dari sistem sensorik canggih yang memungkinkan hewan mendeteksi hormon dan feromon.

Jenis penginderaan ini terlibat dalam berbagai kegiatan, termasuk pengenalan kerabat, pilihan pasangan, penghindaran pemangsa, dan perburuan.

Dalam genom Komodo, tim menemukan lebih dari 150 salinan satu kelas gen reseptor vomeronasal.

Tim juga menemukan bahwa banyak dari gen-gen ini unik untuk setiap spesies kadal, yang meningkatkan kemungkinan reseptor vomeronasal Komodo dapat berfungsi dengan cara spesifik.

“Adalah hal menarik untuk menentukan apakah ini menjelaskan kemampuan komodo untuk mendeteksi mangsa dari jarak yang begitu jauh,” kata Bruneau.

“Salah satu hal yang menarik tentang proyek ini adalah kita tidak tahu apa yang diharapkan. Ini adalah kesempatan untuk melihat genom dan berkata, ‘Ceritakan padaku kisah organismemu.'”

Selanjutnya, Bruneau dan timnya berharap untuk menggunakan temuan mereka untuk menyelidiki bagaimana gen yang mengendalikan pembentukan vertebrata berubah selama evolusi, karena sebagian besar reptil hanya memiliki jantung tiga bilik, sedangkan mamalia memiliki empat bilik.

Urutan genom yang lengkap juga merupakan sumber daya tak ternilai bagi ahli biologi konservasi yang tertarik melacak komodo untuk mempelajari ekologi mereka, dan bagi banyak ilmuwan di seluruh dunia yang menyelidiki evolusi vertebrata.

“Arti penting dari penelitian ini jauh melebihi komodo itu sendiri,” jelas Mendelson.

“Ini memberi kita kerangka kerja untuk membandingkan hewan-hewan berurutan lainnya dan memahami dasar genetik bagaimana semua karakteristik mereka berevolusi. Proyek ini juga mengedepankan pentingnya melestarikan keanekaragaman hayati, dan peran penting yang dapat dimainkan kebun binatang dalam penelitian skala luas tanpa mencelakai binatang dalam perawatan. ”

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.