„Skokowa teoria ewolucji skaczących genów” ze wspólnymi gatunkami DNA

DNA zazwyczaj lubi przestrzegać zasad. Nici DNA są kopiowane nieco wiernie, a kopie są przekazywane rodzicom potomstwu, co napędza ewolucję, jaką znamy. Ale według nowych szacunków, pięćdziesiąt procent twojego genomu składa się również z DNA renegata, który lubi przeskakiwać z gatunku na gatunek. Ten fałszywy DNA, piszą badacze Biologia genomu artykuł opublikowany w poniedziałek, losowo wstawił się do prawie każdego genomu na tej planecie w ciągu ewolucji życia. To wszystko, co pozostało z serii tajemniczych wydarzeń sprzed milionów lat.

Atma Ivancevic, Ph.D., doktorantka neurogenetyk i bioinformatyk i główny autor artykułu, rozpoczęła swoje badania, starając się wyjaśnić, dlaczego to samo nieuczciwe DNA można znaleźć u zwierząt tak bardzo różnych jak jeżowce i ludzie. Ustalono, że większość gatunków na Ziemi ma dużą ilość materiału genetycznego - prawdopodobnie słyszeliście, że ludzie dzielą około 99 procent naszego DNA szympansami - ale te geny są różne - mówi Ivancevic.

„„ Skaczące geny ”nie są genami; są niekodującymi kawałkami „śmieciowego DNA” - opowiada Odwrotność w wiadomości e-mail. „Pomyśl o nich jak o genetycznych pasożytach, skaczących po genomie, aby samolubnie się replikować, a czasem przeskakiwać między gatunkami”.

W ciągu ostatnich kilku lat zaczęliśmy rozumieć funkcję tych fałszywych fragmentów DNA, ale wciąż nie wiemy dokładnie, co robią. Oto tajemnica skaczących genów: są to okruchy ścieżki DNA, rozrzucone po drzewie życia. Teraz, dzięki temu papierowi, możemy wreszcie dowiedzieć się, jak zrobili taki bałagan.

Transfer poziomy

Badania Ivancevica wykazały, że istnieją dwie sekwencje przeskakiwania śmieciowego DNA, które można prześledzić w szerokim zakresie gatunków, zwanych BovB i L1. Naukowcy nazywają te wzory elementami transpozycyjnymi (TE), ponieważ „kopiują i wklejają” się losowo w geny zwierząt od jeżowców, przez krowy, po ludzi. Ten dziwny proces, w którym TE atakuje materiał genetyczny innego gatunku, nazywa się transfer poziomy.

Nasze standardowe rozumienie reprodukcji jest opisane przez transfer pionowy, założenie, że większość materiału genetycznego jest zwykle przekazywana z rodzica na dziecko.

Kiedy rysujesz drzewo genealogiczne, zazwyczaj rysujesz dzieci pod rodzicami iw pewnym sensie geny mają tendencję do spadania w ten sposób przez pokolenia. Ale niektóre TE przemieszczają się poziomo przez drzewo życia, „skacząc” z DNA jednego organizmu do drugiego przez posłańca zwanego „wektorem”. Naukowcy nie do końca rozumieją, jak ten proces działa między gatunkami, ale mają przeczucie, czym mogą być wektory.

Niektóre organizmy, takie jak bakterie, są naprawdę dobre w horyzontalnym przenoszeniu genów i często robią to naturalnie, bez wektora. Zwierzęta nie mogą tego zrobić, ale mogą być zarażony przez bakterie, które mogą wtedy działać jako wektory. Artykuł sugeruje kilku prawdopodobnych kandydatów do roli posłańca, w tym pluskwy, kleszcze i szarańcze, a także nominuje niektóre potencjalne wodne stworzenia wektorowe, takie jak ostrygi i robaki morskie. To te wektory prawdopodobnie przesunęły dwa bity śmieciowych sekwencji DNA, BovB i L1, między gatunkami.

Co jest naprawdę interesujące, to co się dzieje, gdy DNA tam dotrze. Po zdarzeniu przeniesienia, Ivancevic i jej zespół pokazują, że DNA może się szybko replikować. Na przykład uważa się, że BovB powstał po raz pierwszy u węży, a następnie „przeskoczył” do krów za pośrednictwem zdarzeń transferu poziomego miliony lat temu, gdzie wielokrotnie się powtarzał. Pomyśl o tym, jak robiąc standardowe kopiowanie i wklejanie, tylko raz naciskasz control-V.

„Dla mnie najbardziej zaskakujące było nie przeniesienie, ale skutki dla genomu gospodarza po przeniesieniu”, mówi Ivancevic. „Teraz BovB zajmuje około 25% sekwencji genomu krowy. To ogromna zmiana! ”

Szukam wielkich skoków

Aby zobaczyć, jak daleko w drzewo życia przeniknęły te sekwencje, zespół Ivancevica zbadał genomy 759 gatunków. Odkryli sekwencję BovB u zwierząt tak odległych jak węże, krowy, jeżowce, nietoperze i konie (chociaż nietoperze i konie miały niską liczbę kompletnych sekwencji BovB). Sekwencja L1 wydawała się jeszcze bardziej rozpowszechniona. Podczas gdy 79 gatunków miało sekwencje BovB, 559 gatunki miały sekwencje L1. Historycznie uważano, że L1 jest przenoszony tylko w pionie, więc znalezienie sekwencji L1 w tych odmiennych gatunkach było przełomem.

BovB zawsze intrygował badaczy, ponieważ powoduje „duże skoki” między spokrewnionymi gatunkami, dostarczając dowodów, że miało miejsce pewnego rodzaju zdarzenie transferu poziomego. Jednak poprzednia analiza wykazała tylko kilka przypadków, w których sekwencje L1 dokonały tych wielkich skoków, co doprowadziło naukowców do wniosku, że L1 był prawdopodobnie przekazywany tylko pionowo.

Zespół Ivancevica, rzucając szerszą sieć, pokazał, że skoki genomiczne są większe niż kiedyś sądziliśmy. „Wykorzystanie zwierząt, roślin I grzybów naprawdę pomogło w przesiewaniu jak największej liczby genomów przy użyciu aktualnych danych. Nie ma wielu badań, które poszukują transferu między królestwami na dużą skalę ”, mówi.

Odkrycie, że L1 występują u 559 gatunków, było przekonującym dowodem na to, że L1 miał zrobiłem te duże skoki. Zespół wskazuje na sześć wcześniej nieodkrytych „skoków” L1 w gatunkach morskich miliony lat temu jako możliwą odskocznię dla tego gniotowego genu, aby wprowadzić DNA gatunków w całkowicie oddzielnych królestwach.

Piszą, że jedno z tych horyzontalnych zdarzeń mogło spowodować pojawienie się sekwencji L1 w starożytnym przodku ssaków „teryjskich” - zwierząt, które nie składają jaj - między 160 a 191 milionów lat temu. Stamtąd sekwencja mogła zostać przekazana pionowo wszystkim potomkom tych starożytnych zwierząt, w tym być może ludziom. Podczas gdy L1 jest przeważnie rozdrobniony i nieaktywny u ludzi, nadal stanowi 17 procent naszego genomu.

Wyniki tego typu ilustrują, w jaki sposób nawet najmniejsze siły mogą zmienić ewolucję. Być może, miliony lat temu, jeden z naszych najodleglejszych przodków wdał się w spór z żyjącym w morzu szkodnikiem krwiopijnym - może to był robak morski - i jakoś otrzymał zastrzyk losowego DNA. Teraz, miliony lat później, te zmiany trwają w nas i wciąż zastanawiamy się, jakie role odgrywają.

„Pokazuje, jak losowe wymiany DNA mogą kształtować naszą ewolucję”, mówi Ivancevic.