Теорія еволюції ускладненої еволюції генів зі спільною ДНК у різних видах

ДНК зазвичай любить дотримуватися правил. Нитки ДНК копіюються дещо вірно, а копії передаються від батьків до нащадків, таким чином ведучи еволюцію, як ми її знаємо. Але, за новими оцінками, п'ятдесят відсотків вашого геному також складається з ренегатной ДНК, яка любить стрибати від виду до виду. Цю нечесну ДНК дослідники пишуть в Біологія геному Стаття, опублікована в понеділок, випадковим чином вставила себе майже в кожен геном на цій планеті протягом всієї еволюції життя. Це все, що залишилося від серії таємничих подій мільйонів років тому.

Атма Іванчевіч, доктор філософії, пост-докторський нейрогенетик і дослідник біоінформатики і провідний автор статті, розпочав своє дослідження, намагаючись пояснити, чому ту ж саму мошенницьку ДНК можна зустріти у тварин, які сильно відрізняються від морських їжаків і людей. Встановлено, що більшість видів на Землі мають велику кількість генетичного матеріалу - ви, напевно, чули, що люди мають приблизно 99 відсотків нашої ДНК з шимпанзе - але ці гени різні, говорить Іванвіч.

"Стрибкові гени" насправді не є генами; вони є некодирующими фрагментами «сміттєвої ДНК», - розповідає вона Обернено електронною поштою. "Подумайте про них, як про генетичних паразитів, стрибаючи навколо генома, щоб самостійно відтворювати себе, а іноді й стрибати між різними видами".

Протягом останніх кількох років ми почали розуміти функцію цих мошенників, але ми досі не знаємо, що вони роблять. Це таємниця стрибкових генів: вони є сухарями ДНК-стежки, розкиданої по дереву життя. Тепер, завдяки цій статті, ми могли б нарешті дізнатися, як вони зробили такий безлад.

Горизонтальна передача

Дослідження Іванчевича показало, що існує дві послідовності стрибкоподібної ДНК, які можна простежити на великій кількості видів, які називаються BovB і L1. Дослідники називають ці схеми транспозируемими елементами (ТЕ), оскільки вони «копіюють і вставляють» себе випадковим чином у гени тварин від морських їжаків, до корів, до людей. Цей дивний процес, в якому ТЕ вторгається в генетичний матеріал іншого виду, називається горизонтальна передача.

Наше стандартне розуміння відтворення описується вертикальна передача, припущення, що більшість генетичного матеріалу зазвичай передається від батьків до дитини.

Коли ви малюєте генеалогічне дерево, ви зазвичай малюєте дітей під їхніми батьками, і в певному сенсі, гени, як правило, падають з покоління в такий спосіб. Але деякі ТЕ рухаються горизонтально через дерево життя, «стрибати» з ДНК одного організму на інший через посланника, який називається «вектор». Вчені не розуміють, як цей процес працює між різними видами, але вони мають уявлення про те, що можуть бути вектори.

Деякі організми, як і бактерії, дійсно хороші при горизонтальній передачі генів і часто роблять це природно, без вектора. Тварини не можуть це зробити, але можуть бути інфікованих бактеріями, які потім можуть діяти як вектори. У документі пропонується кілька ймовірних кандидатів для цієї ролі посланця, включаючи клопів, кліщів і сарани, а також номінує потенційних водних векторних істот, таких як устриці і морські черв'яки. Саме ці вектори, ймовірно, перенесли два біти послідовностей небажаної ДНК, BovB і L1, між різними видами.

Цікаво те, що відбувається після того, як ДНК потрапить туди. Після того, як відбудеться трансферна подія, Іванчевіч та її команда показують, що ДНК може швидко розмножуватися. Наприклад, вважається, що BovB спочатку виникла у змій, а потім «підскочила» до корів через події горизонтальної передачі мільйони років тому, де вона повторювалася кілька разів. Подумайте про це як про стандартну копію та вставку, тільки ви натискаєте control-V знову і знову.

«Для мене найдивовижнішою була не передача, а наслідки для генома господаря після передачі», - говорить Іванвіч. «Зараз BovB займає близько 25% послідовності коров'ячого генома. Це величезна зміна!"

Шукаю великі стрибки

Щоб побачити, як далеко в дереві життя ці індукції проникли, команда Іванєвича дослідила геноми 759 видів. Вони виявили, що послідовність BovB у тварин так далека, як змії, корови, морські їжаки, кажани і коні (хоча кажани та коні мали низьку кількість повних послідовностей BovB). Послідовність L1 виявилася ще більш поширеною. У той час як 79 видів мали послідовності BovB, 559 види мали послідовності L1. Історично вважалося, що L1 передається тільки вертикально, тому пошук послідовності L1 у цих розрізнених видів був проривом.

BovB завжди заінтриговував дослідників, оскільки робить «великі стрибки» між далекими спорідненими видами, що свідчить про те, що відбулася якась подія горизонтального перенесення. Але попередній аналіз тільки виявив кілька випадків, коли послідовності L1 робили ці великі стрибки, що призвело дослідників до висновку, що L1, ймовірно, тільки передається вертикально.

Залишивши ширшу мережу, команда Іванєвича показала, що було більше геномних стрибків, ніж ми колись думали. «Використання тварин, рослин та грибів, дійсно, допомогло продемонструвати якомога більше геномів з поточними даними. Існує багато досліджень, які шукають трансфер через королівство у великих масштабах », - каже вона.

Висновок про наявність L1 у 559 видах є переконливим доказом того, що L1s мав зробив ці великі стрибки. Команда вказує на шість раніше невідкритих «стрибків» L1 у морських видах мільйони років тому як можливий трамплін для цього гена небагато, щоб увійти в ДНК видів у повністю окремих царствах.

Вони пишуть, що одне з цих горизонтальних подій могло б висунути послідовність L1 в давнього предка «терійських» ссавців - тварин, які не відкладають яйця - між 160 і 191 мільйонами років тому. Звідти послідовність могла бути передана вертикально всім нащадкам цих стародавніх тварин, включаючи, можливо, людей. Хоча L1 в основному фрагментований і неактивний у людини, він все ще складає 17 відсотків нашого геному.

Такі висновки показують, як навіть найдрібніші сили можуть змінити еволюцію. Можливо, мільйони років тому один з наших найдальших предків потрапив у сварку з морським шкідливим шкідником - можливо, це був морський черв'як - і якимось чином отримав ін'єкцію випадкової ДНК. Тепер, мільйони років по тому, ці зміни зберігаються в нас, і ми досі з'ясовуємо, які ролі вони грають.

"Це показує, як багато випадкових обмінів ДНК можуть формувати нашу еволюцію", - говорить Іванвіч.