У растений обнаружен межвидовой обмен генами

Между рисом (вверху) и просом (внизу) недавно произошел обмен генетическим материалом, несмотря на то что эти виды разошлись не менее 30 млн лет назад и не могут скрещиваться друг с другом (фото с сайтов www.frontrange.ca и www.rz.uni-karlsruhe.de)

Представители разных видов высших растений, не способные к скрещиванию друг с другом, тем не менее могут обмениваться генетическим материалом посредством так называемых мобильных генетических элементов — транспозонов. Об этом свидетельствуют результаты сравнения геномов риса и проса, проведенные группой исследователей из Калифорнийского университета в Беркли (США).

Транспозоны — это участки ДНК, кодирующие один или несколько ферментов и обычно ограниченные с обеих сторон так называемыми концевыми инвертированными повторами (например, agtaaa ... tttact). Эти повторы могут «слипаться» друг с другом на основе принципа комплементарности, при этом транспозон приобретает вид петли, которую легко вырезать из нити ДНК и перенести на новое место. Долгое время считалось, что транспозоны могут перемещаться только в пределах «хозяйского» генома, а другим особям достаются лишь по наследству — от родителей. Однако впоследствии выяснилось, что возможна и горизонтальная передача транспозонов, которые в этом случае ведут себя как вирусы, «заражая» другие организмы.

Горизонтальный перенос генетического материала (не только транспозонов, но и больших участков «нормальной» геномной ДНК) широко распространен в мире прокариот (бактерий и архей). У высших многоклеточных организмов горизонтальный перенос происходит гораздо реже, причем, в отличие от бактерий, он, видимо, может осуществляться только посредством мобильных генетических элементов (вирусов, транспозонов, ретротранспозонов). Несколько таких случаев уже зафиксировано у животных, но у растений обмен генетическим материалом между видами до сих пор не был подтвержден.

Теперь приходится признать, что горизонтальный перенос — общее свойство всего живого. В геномах риса и проса обнаружены практически идентичные транспозоны. Эти виды злаков разошлись 30-60 млн лет назад, и за это время в их геномах накопилось много различий. В последовательностях ДНК транспозонов, однако, различий почти нет. Это нельзя объяснить действием стабилизирующего отбора, отсеивавшего возникающие в транспозоне мутации из-за того, что они понижали жизнеспособность растения. В этом случае в транспозоне накопились бы так называемые синонимичные, или молчащие, мутации — замены нуклеотидов, которые не приводят к замене аминокислоты в кодируемом белке. Этого не наблюдается.

Классическая схема дивергенции по Дарвину имеет вид древа, ветви которого, раз разделившись, уже никогда более не сольются (рис. с сайта macroevolution.narod.ru)

Отсеяв одну за другой все возможные альтернативные гипотезы, исследователи пришли к выводу, что наблюдаемое сходство в последовательности ДНК транспозонов у риса и проса можно объяснить только горизонтальным переносом: один из этих видов сравнительно недавно «заразил» другой своим транспозоном.

Схема эволюции жизни с учетом горизонтального переноса генов (один из возможных вариантов) похожа не на дерево, а на запутанную сеть (из статьи W. F. Doolittle «Phylogenetic Classification and the Universal Tree». Science, 1999. Vol. 284. №5423. P. 2124-2128)

Этот, казалось бы, не очень значительный факт на самом деле имеет огромное теоретическое и практическое значение. Горизонтальный перенос превращает классическое «эволюционное древо» в «эволюционную сеть» (см. рис.). Внедрение подвижных генетических элементов в разные участки генома может вызывать серьезные изменения в работе близлежащих генов, а активное перемещение их с места на место в пределах генома вызывает вспышки мутагенеза. Гены транспозонов порой играют ключевую роль в возникновении крупных эволюционных новаций (таких, например, как появление плаценты и системы приобретенного иммунитета; см. Древние млекопитающие заразились плацентой, «Элементы», 15.12.2005). Кроме того, возможность обмена подвижными участками генома между видами растений требует более тщательной проверки возможных последствий внедрения генно-модифицированных сельскохозяйственных культур: нужно быть абсолютно уверенными, что искусственно внедренные в геном растений фрагменты ДНК полностью утратили подвижность и ни при каких обстоятельствах не будут бесконтрольно передаваться другим видам — диким или одомашненным.

Источник: X. Diao, M. Freeling, D. Lisch (January 2006). Horizontal Transfer of a Plant Transposon. PLoS Biol 4(1): e5.

См. также:
На что похожа эволюция: на ветвящееся дерево или на сеть?;
С. В. Шестаков. Роль горизонтального переноса генов в эволюции;
В. А. Ратнер, Л. А. Васильева. Мобильные генетические элементы (МГЭ) и эволюция геномов.

Александр Марков

Последние новости: Генетика, Александр Марков

3 февраля При выборе спутника жизни от генов зависит, чего мы хотим, но не что получаем

1 февраля Параллельная эволюция изучена в эксперименте на бактериях

24 января Половой отбор порождает иллюзии

17 января Стресс помогает справиться с вредными мутациями

15 января Параллельная эволюция касты «сверхсолдат» у муравьев получила объяснение

12 января Принимая коллективное решение, пчелы-разведчики убеждают оппонентов замолчать

30 декабря Хороший подарок — залог долгой копуляции

19 декабря Неинформированные массы мешают меньшинству переубедить большинство

16 декабря «Живые ископаемые» саговники оказались вовсе не такими старыми

13 декабря Диверсификация животных началась задолго до кембрийского взрыва

Астрономические наблюдения недели

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):