Genom Zebra Finch Kini Terpetakan Utuh, 2.710 Gen yang Hilang Berhasil Ditemukan

Mengapa genom burung sulit dirakit?

Genom burung memiliki tantangan yang berbeda dari genom mamalia. Di dalamnya terdapat puluhan mikrokromosom berukuran sangat kecil, bahkan kromosom yang disebut kromosom “titik”, serta rentang DNA berulang yang sulit dibaca oleh mesin pengurutan generasi lama .

Sebelas kromosom terkecil sebelumnya belum dapat dirakit secara utuh. Akibatnya, referensi genom terdahulu masih dipenuhi celah yang dapat menyamarkan kandungan gen sebenarnya .

Tim Rockefeller, yang dipimpin laboratorium Erich Jarvis, menggabungkan teknologi pembacaan panjang PacBio HiFi dan Oxford Nanopore . Mereka menemukan bahwa rangkaian DNA berulang dapat menyumbat pori-pori alat pengurutan. Untuk mengatasinya, tim mengembangkan prosedur yang memungkinkan pori-pori tersebut dibersihkan berulang kali selama proses berlangsung. Setelah itu, susunan genom diperiksa dan dikurasi secara manual, kromosom demi kromosom, untuk menutup celah yang tersisa .

Hasil akhirnya adalah genom diploid yang sepenuhnya terfase—artinya DNA yang diwarisi dari masing-masing induk dapat dibedakan—serta susunan telomer-ke-telomer (T2T) yang mencakup setiap kromosom tanpa jeda dari satu ujung ke ujung lainnya .

2.710 gen ternyata tersembunyi di balik celah

Susunan genom baru ini mengungkap 2.710 gen yang sebelumnya belum diketahui, termasuk 972 gen yang menghasilkan protein .

Salah satu temuan penting adalah gen yang berperan dalam komunikasi antarsel saraf. Sebelumnya, para ilmuwan mengira gen tersebut tidak dimiliki zebra finch. Namun, gen itu ternyata berada di kromosom 31—kromosom kecil yang kaya DNA berulang dan sebelumnya belum berhasil dirakit .

Temuan ini juga memperingatkan bahwa gen yang tampak “hilang” dari genom burung belum tentu benar-benar lenyap akibat evolusi. Sebagian mungkin hanya tidak terlihat karena susunan genom yang belum lengkap .

Kromosom W betina akhirnya terbaca lebih utuh

Perakitan baru tersebut turut menyelesaikan kromosom W, yaitu kromosom seks yang hanya dimiliki zebra finch betina. Sekitar 83% kromosom W terdiri atas DNA berulang, dan kira-kira sepertiga susunannya sebelumnya belum pernah dirakit .

Kelengkapan ini penting karena gen pada kromosom seks Z dan W diketahui diperkaya oleh gen yang berkaitan dengan perbedaan jenis kelamin dalam pembelajaran vokal serta dikaitkan dengan pengaturan oleh estrogen. Dengan tersedianya susunan kromosom yang lebih lengkap, gen-gen tersebut kini dapat diuji secara langsung .

Struktur sentromer menunjukkan kemiripan dengan manusia

Peneliti juga menemukan pola yang tidak terduga pada sentromer, struktur yang membantu merekatkan kromatid saudara saat pembelahan sel. Di sentromer setiap kromosom zebra finch terdapat pengulangan sepanjang 716 pasangan basa, dengan motif yang sangat mirip dengan lokasi penempelan protein CENP-B pada manusia .

Tim menemukan kandidat protein pengikat dari keluarga DNA bergerak purba yang sama dengan keluarga DNA yang menghasilkan CENP-B pada mamalia. Temuan ini mengisyaratkan bahwa burung dan mamalia mungkin memiliki arsitektur sentromer yang lebih teratur dan lebih mirip daripada yang diperkirakan sebelumnya .

Struktur mikrokromosom yang berhasil dipetakan juga diduga mencerminkan susunan leluhur genom vertebrata. Karena itu, data ini dapat membantu ilmuwan menelusuri perubahan genom selama ratusan juta tahun evolusi .

Mengapa penting untuk penelitian pembelajaran vokal?

Zebra finch belajar berkicau dengan mendengarkan lalu menirukan suara di sekitarnya. Kemampuan ini menjadikannya salah satu model hewan utama untuk mempelajari biologi bicara dan pembelajaran vokal .

Dengan genom yang kini lengkap, zebra finch menjadi spesies pembelajar vokal kedua—setelah manusia—yang memiliki referensi genom lengkap . Erich Jarvis, kepala Laboratory of Neurogenetics of Language di Rockefeller University, menyampaikan bahwa jika ada molekul kunci yang membedakan spesies pembelajar vokal dari spesies yang tidak belajar vokal, molekul itu semestinya dapat ditemukan di dalam genom. Susunan baru ini memungkinkan para peneliti memeriksa kandidat gen tersebut secara langsung .

Referensi yang lengkap juga membantu menjawab pertanyaan lama dalam genomika komparatif: apakah sebuah gen benar-benar hilang dari burung, atau hanya tidak terbaca karena perakitan sebelumnya memiliki celah. Pembedaan ini penting agar ilmuwan tidak keliru menyimpulkan bahwa suatu gen telah hilang dalam evolusi ketika masalah sebenarnya terletak pada kualitas data genom .

Langkah berikutnya

Genom T2T zebra finch merupakan bagian dari upaya Vertebrate Genomes Project untuk menghasilkan genom lengkap bagi ribuan spesies vertebrata . Ketika semakin banyak susunan T2T tersedia, peneliti dapat mengajukan pertanyaan yang lebih rinci tentang evolusi genom, pembelajaran vokal, dan dasar genetik perilaku kompleks.

Untuk saat ini, referensi baru tersebut memberi ilmuwan peta yang jauh lebih lengkap untuk menelusuri bagaimana zebra finch mempelajari lagu—dan bagaimana mekanisme biologis itu dapat membantu memperluas pemahaman tentang kemampuan bicara manusia.