Het is het grootste genoom dat onderzoekers ooit in kaart hebben gebracht.

380 miljoen jaar geleden kropen de eerste vissen uit het water en koloniseerden het land. De Australische longvis is één van de nog weinig levende familieleden van deze eerste pioniers. Onderzoekers waren dan ook heel nieuwsgierig naar zijn genoom. En dus besloten ze in een nieuwe studie de genetische code van de Australische longvis te kraken.

Meer over de Australische longvis
De Australische longvis (Neoceratodus forsteri) is een zoetwatervis die – zoals de naam al doet vermoeden – voorkomt in Australië – met name in het zuidoosten van Queensland. De vis leeft in langzaam stromende rivieren en stilstaand water. Zijn eigenaardige lichaam – dat lijkt op een onmogelijke kruising tussen een vis en een salamander – zette 19e eeuwse ontdekkingsreizigers volledig op het verkeerde spoor; ze classificeerden ‘m als amfibie. We weten nu dat de longvis behoort tot de zogenaamde kwastvinnigen; een archaïsche groep waterdieren waaruit alle gewervelde landdieren uit zijn voortgekomen (ja, ook de mens!).

Een Australische longvis. Afbeelding: IMP/Schedl. Animals by Haus des Meeres, Vienna

De onderzoekers besloten het genoom van de Australische longvis aan een grondige inspectie te onderwerpen. En daar rolt een interessante ontdekking uit. Het onderzoek wijst namelijk uit dat de Australische longvis een ongekend omvangrijk genoom heeft; zo bestaat het genoom uit maar liefst 43 miljard basenparen. Dat is 14 keer groter dan ons genoom!

Recordbrekend
Het betekent dat de Australische longvis de vorige recordhouder van de troon heeft gestoten. Tot nu toe dachten wetenschappers namelijk dat de axolotl over het grootste genoom beschikte. Deze amfibie blijkt maar liefst 32 miljard basenparen te hebben. Maar nu blijkt dat het genoom van de Australische longvis maar liefst 30 procent groter is dan die van de axolotl. “Toen we het gigantische genoom van de Mexicaanse axolotl in 2018 in kaart hadden gebracht, hadden we niet gedacht dat we binnen zo’n kort tijdsbestek op een nóg groter genoom zouden stuiten,” zegt onderzoeker Elly Tanaka. “Met de longvis stonden we voor een uitdagende verrassing.”

Lastig
Inderdaad, want het in kaart brengen van genomen – zeker bij zeer omvangrijke exemplaren – is bijzonder lastig. Ze bevatten vaak veel kopieën van dezelfde DNA-fragmenten, waardoor het genoom eruitziet als een ongelofelijk complexe puzzel. Het sequencen van genomen vereist dan ook krachtige rekenhulpmiddelen die enorme hoeveelheden gegevens aankunnen. “Het longvis-genoom heeft onze expertise op de proef gesteld,” zegt onderzoeker Siegfried Schloissnig. “Maar we zijn erin geslaagd om gegevens van hoge kwaliteit te verkrijgen en een nieuw record te vestigen. Om de uitdagingen van het longvis-genoom het hoofd te bieden, moesten we de methoden die we drie jaar geleden voor het axolotl-genoom hadden gebruikt, verder ontwikkelen en aanpassen. Ons algoritme is nu toepasbaar op elk ander genoom en opent de deur voor nieuwe en uitdagende projecten.”

Nieuw licht
Dankzij het in kaart gebrachte genoom, zijn er enkele voorouderlijke geheimen aan het licht gekomen. Tot op de dag van vandaag was de evolutionaire geschiedenis van longvissen het onderwerp van een verhit wetenschappelijk debat. Biologen wisten namelijk niet zeker of de longvis, of de Coelacanthiformes – een andere groep archaïsche vissen met gelobde vinnen – nauwer verwant is aan amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren. Maar de nieuwe studie geeft nu antwoord op die lang bestaande vraag. Zo blijkt uit de bevindingen dat de Coelacanthiformes zich eerst afscheidden. De longvis vertakte zich vervolgens zo’n 420 miljoen jaar geleden in de lijn die naar de vierpotige dieren leidde.

Overeenkomsten
Het gigantische genoom van de Australische longvis heeft tevens opvallende overeenkomsten met gewervelde landdieren onthuld. Dankzij innovatieve technieken slaagden de wetenschappers er namelijk in om niet alleen de genetische code van de longvis te kraken, maar bestudeerden tevens de genexpressie in verschillende weefsels. Onder genexpressie verstaan we de mate waarin het DNA van een gen gekopieerd wordt naar messenger RNA (kortweg mRNA). De onderzoekers ontdekten dat het aantal én het niveau van de expressie van de genen die verband houden met de ontwikkeling van de longen, sommige ledematen, en het vermogen om door de lucht verspreide geuren op te pikken, veel dichter bij die van amfibieën liggen dan bij andere vissen.

Het zijn uiterst interessante bevindingen die overigens slechts het begin markeren. “Het lijdt geen twijfel dat het genoom in de toekomst meer geheimen zal onthullen,” zegt Tanaka. “Het zal ons echter niet alleen veel meer leren over de aanpassingen die nodig waren om op het land te leven. Het zal tevens verklaren hoe bepaalde genomen zo enorm groot konden worden.”

Meer weten…

…over hoe wetenschappers een genoom precies sequencen? Lees dan ook dit eerder verschenen artikel op Scientias.nl waarin dit proces stap voor stap wordt uitgelegd!