在蛛形纲动物基因组中看到双重现象：对动物全基因组复制后果的新认识

今天发表在《BMC生物学》上的研究发现，全基因组复制是一个有机体的全基因组复制过程，它发生在蜘蛛的谱系中，而不是蜘蛛的远亲，蜱和螨虫。在这里讨论这项研究和脊椎动物和其他龟类的祖先的全基因组复制是这项研究的作者，Alistair P.McGregor。

人们认为，基因复制在产生新的遗传物质，促进物种进化多样性方面发挥着重要作用。基因复制可以由多种机制引起，在极端情况下，全基因组复制（WGD）可以产生基因组中所有基因的两个拷贝。

在最近发表在《BMC生物学》上的一项研究中，我和我的同事分析了普通家蛛的基因组，我们发现了导致蜘蛛的世系中存在WGD的证据。

这一事件可能与蝎子和其他蛛形纲动物（如鞭蝎和鞭蜘蛛）共享，但与更远亲的蛛形纲动物（如蜱和螨虫）不共享。这表明，现存的大约45000种蛛形纲动物是从四亿年前的多倍体祖先进化而来的。

我们的研究还表明，蛛形纲动物中的WGD可能独立于另一组螯蟹，马蹄蟹中的WGD。因此，我们的发现提供了一个令人兴奋的机会，可以从基因含量和调控的角度进一步了解WGD的结果，以及这些事件如何有助于动物多样化。

脊椎动物的祖先中有两轮WGD，这些事件可能通过保留和利用重复基因导致这些动物的多样化。例如，虽然大多数动物含有一个单一的Hox基因簇，但脊椎动物和我们一样，有四个Hox基因簇，这些额外的基因在发育过程中发挥着许多重要作用。然而，在WGD事件发生后，基因可能由于多种原因被保留或丢失，包括随机突变、重组和剂量效应。

识别全基因组复制事件

要更好地理解WGD后基因保留和丢失的模式，识别共性，以及可能是进化创新基础的基因，就需要研究独立事件。然而，这种比较的缺点是，迄今为止，动物中只描述了少数WGD的例子。

因此，我们对蛛形纲动物中WGD的识别，为理解WGD事件的一般和特定血统影响提供了一个急需的新数据点。蜘蛛和蝎子中保留的重复基因代表了许多编码蛋白质的基因，这些蛋白质在发育过程中起着重要作用，包括两个几乎完全排列的Hox基因。

此外，蜘蛛Hox基因在胚胎发生过程中的时间和空间表达差异表明，一些新拷贝相对于单拷贝祖先基因具有新的功能。因此，我们的研究揭示了蛛形纲动物和脊椎动物WGD结果之间的一个有趣的平行关系。

有趣的是，我们的研究和以前的工作也揭示了重复的microRNAs的高保留率。这些基因被认为可以调节其目标基因的表达水平，在WGD后它们可能被大量保留，以缓冲目标重复蛋白编码基因的剂量效应，而不是促成新性状的出现。事实上，基因复制的一个可能结果是发育系统漂移，不同的基因和相互作用可以用来实现相同的表型结果，但这仍有待于系统的研究。

要更全面地了解蛛形纲动物中WGD事件的后果，需要对额外的蛛形纲动物基因组进行分析，以确定该事件发生的确切时间以及哪些谱系受到影响。例如，探索是否有证据表明其他蛛形纲动物，如骆驼蜘蛛、收割者和伪蝎，也存在WGD。

此外，比较鞭蜘蛛和鞭蝎与蜘蛛和蝎子的基因组，有助于揭示大多数群体在WGD与世系特异性保留和丢失后保留的基因。这些数据不仅将提供对“WGD事件之前”和“之后”蛛形纲动物基因组的洞察，还将更好地理解由这一事件产生的重复基因是如何促成这些动物创新进化的，例如，蜘蛛产丝和蛛形纲动物的书肺（新的呼吸器官）。

最后，对蛛形纲动物WGD后基因保留和丢失模式的更详细的了解，将为脊椎动物这类事件提供一个极好的对比，以更好地理解WGD对动物基因组及其生物学进化的更广泛的影响和后果。