章鱼是一种迷人的动物，在神经科学、认知研究和发育生物学中都是重要的模式生物。为了更深入地了解它们的生物学和进化历史，需要关于它们基因组组成的有效数据，而这些数据到目前为止一直缺乏。来自维也纳大学的科学家和一个国际研究小组现在已经能够缩小这一差距，并在一项研究中确定了令人印象深刻的数字:28亿个碱基对-组织在30条染色体中。听起来如此简单的是复杂的，计算机辅助的基因组分析的结果，并与其他头足类物种的基因组进行比较。这项开创性的研究刚刚发表在著名杂志《G3:基因/基因组/遗传学》上。
(c) Antonio, Valerio Cirillo (BEOM SZN)， 2023年
章鱼与鱿鱼和墨鱼一起，属于由数百种组成的胶体类头足类动物，其特点是高度多样化的生活方式、身体结构和对环境的适应。对这些动物的研究回顾了一个悠久的传统，特别是因为章鱼大脑的神经元可塑性——意味着大脑在你学习和体验新事物时改变和适应的能力——为存在与哺乳动物大脑功能类似的结构提供了证据。这使他们成为神经生理学研究的比较模型组。此外，章鱼具有再生部分身体的能力，以及快速改变身体模式的能力(这对伪装和交流很重要)，这使得章鱼成为一个受欢迎的研究对象，研究这些创新特征是如何在进化过程中产生的，以及它们是如何变化的。
在研究界，对头足类基因组的详细知识的需求日益增加，以了解其独特特征和生物学的进化。对这一目标的一个重要贡献是在染色体水平上对普通章鱼的基因组进行编码——这一信息直到现在才得到。现在，维也纳大学的一个研究小组已经解决了这一问题，该小组与来自鲁汶大学、国家中心Análisis Genómico (CNAG;西班牙)和安东·多恩动物学研究所(意大利)——“提供”了缺失的数据，并对章鱼基因组进行了广泛的分子生物学和计算机辅助研究。“利用我们目前在基因组学研究中使用的技术，我们能够为章鱼创建一种‘基因组图谱’，显示遗传信息是如何在染色体水平上排列的，”该研究的第一作者、维也纳大学神经科学和发育生物学系西马科夫实验室的科学家达利拉·德斯塔诺维奇解释说。这个在染色体水平上高度解析的参考基因组，一方面将使科学界更好地了解这些迷人动物的特征和生物学，另一方面也可以追溯寻常章鱼的进化史。研究小组现在可以进一步调查或了解胶体类头足类动物和更遥远的软体动物，如蛤或蜗牛的进化轨迹。
事实上，研究人员能够识别出寻常章鱼基因组中的30条染色体，其中28亿个碱基对中有99.34%是排列在一起的。这意味着科学家们现在有了一个高质量的参考序列，这将作为进一步研究基因功能的基础，从而更好地了解普通章鱼的生物学特性。寻常章鱼基因组的染色体结构也将通过估计染色体重排率来深入了解这些生物体的动态进化史。通过将寻常章鱼的基因组与其他四种章鱼的基因组进行比较，研究人员已经能够证明，所有的染色体在进化过程中都发生了许多结构变化，这些变化是通过断开染色体的片段，重新排列它们，并在同一染色体上重新连接它们来实现的。“即使在密切相关的物种中，我们也观察到染色体的许多结构变化。这一发现在它们的进化史上对基因组动力学提出了疑问，并为研究这与它们的独特特征之间的关系打开了大门，”达利拉·德斯塔诺维奇解释说。章鱼基因组的动态进化史跨越了4400万年，许多令人兴奋的研究问题仍未解决。目前的研究结果将通过将传统的普通章鱼在神经生物学、行为和发育方面的研究与这些领域的分子遗传学见解联系起来，来回答其中的一些问题。
