"Прескачащата теория на еволюцията на гените" с ДНК, споделена по видове

ДНК обикновено обича да следва правилата. Направление на ДНК се копира до известна степен, а копията се предават от родителите на потомството, като по този начин движат еволюцията, каквато я познаваме. Но според новите изчисления, петдесет процента от генома ви се състои и от ренегатна ДНК, която обича да скача от вид към вид. Тази измамна ДНК изследователи пишат в Биология на генома статия, публикувана в понеделник, произволно се е вмъкнала в почти всеки геном на тази планета през цялата еволюция на живота. Те са останали от поредица от загадъчни събития отпреди милиони години.

Д-р Атма Иванчевич, изследовател на докторска неврогенетика и биоинформатика и водещ автор на доклада, започна своето проучване, като се опитваше да обясни защо същата измамна ДНК може да бъде намерена в животните, толкова различни като морските таралежи и хората. Установено е, че повечето видове на Земята споделят голямо количество генетичен материал - вероятно сте чували, че хората споделят около 99% от нашата ДНК с шимпанзета - но тези гени са различни, казва Иванчевич.

"Скачащите гени" всъщност не са гени; те са не-кодиращи парчета от "боклук ДНК", казва тя обратен в имейл. „Мислете за тях като за генетични паразити, скачайки около генома, за да се септирате себе си, а понякога и между различни видове.“

През последните няколко години започнахме да разбираме функцията на тези измамнически части от ДНК, но все още не знаем точно какво правят. Това е загадката зад скачащите гени: те са следи от ДНК пътека, пръснати из цялото дърво на живота. Сега, благодарение на този документ, най-накрая можем да разберем как са направили такава бъркотия.

Хоризонтален трансфер

Изследването на Иванчевич установи, че има две последователности на скачаща нежелана ДНК, които могат да бъдат проследени в широк спектър от видове, наречени BovB и L1. Изследователите наричат ​​тези модели транспонируеми елементи (ТЕ), защото се “копират и поставят” произволно в гените на животните от морски таралежи, до крави, до хора. Този странен процес, в който ТЕ навлиза в генетичен материал на друг вид, се нарича хоризонтален трансфер.

Нашето стандартно разбиране за възпроизвеждане е описано от вертикален трансфер предположението, че повечето генетични материали обикновено се предават от родител на дете.

Когато рисувате родословно дърво, обикновено рисувате деца под родителите си и в известен смисъл гените са склонни да падат по поколенията по този начин. Но някои ТЕ се движат хоризонтално през дървото на живота, "скачане" от ДНК на един организъм към друг чрез посланик, наречен "вектор". Учените не разбират напълно как работи процесът между видовете, но те имат предчувствие за това какви вектори могат да бъдат.

Някои организми, като бактериите, са наистина добри при хоризонталния трансфер на гените и често го правят естествено, без вектор. Животните не могат да го направят, но могат да бъдат заразен от бактерии, които след това могат да действат като вектори. Документът предлага няколко вероятни кандидати за тази роля на посланика, включително бъгове, кърлежи и скакалци, и също така номинира някои потенциални водни векторни същества, като стриди и морски червеи. Тези вектори вероятно са преместили двата бита на нежеланите ДНК последователности, BovB и L1, от различни видове.

Това, което наистина е интересно, е това, което се случва, след като ДНК стане там. След като се случи трансферното събитие, Иванчевич и екипът й показват, че ДНК може да се възпроизведе бързо. Смята се, например, че BovB първоначално е възникнал в змии и след това „скочил” до крави чрез хоризонтални събития за прехвърляне преди милиони години, където е повторил няколко пъти. Помислете за това, че правите стандартно копиране и поставяне, но вие само веднъж натиснете отново контрол-V.

„За мен най-изненадващото нещо не беше прехвърлянето, а последиците за генома на домакина след прехвърлянето“, казва Иваневич. - Сега BovB заема около 25% от последователността на генома на кравата. Това е огромна промяна!"

Търсите Големи скокове

За да разберат колко далеч в дървото на живота са проникнали тези последователности, екипът на Иванчевич изследва геномите на 759 вида. Те откриха, че последователността на BovB при животните е далечна връзка като змии, крави, морски таралежи, прилепи и коне (въпреки че прилепите и конете имат нисък брой пълни BovB последователности). Последователността на L1 изглеждаше още по-разпространена. Докато 79 вида имат BovB последователности, 559 видовете имат L1 последователности. В исторически план се смяташе, че L1 се прехвърля само вертикално, така че намирането на L1 последователността при тези разнородни видове е пробив.

BovB винаги е заинтригувала изследователите, защото прави „големи скокове” ​​между отдалечени сродни видове, като предоставя доказателства, че се е състоял някакъв хоризонтален трансфер. Но предишният анализ показваше само няколко случая, в които последователностите на L1 правят тези големи скокове, което накара изследователите да заключат, че L1 вероятно е преминал вертикално надолу.

Чрез по-широка мрежа, екипът на Иванчевич показа, че е имало повече геномни скокове около, отколкото някога сме мислили. „Използването на животни, растения и гъбички наистина помогна да се проследи възможно най-много геноми с текущите данни. Няма много проучвания, които да търсят трансграничен трансфер в голям мащаб ”, казва тя.

Констатацията, че L1s присъстват в 559 вида, е убедително доказателство, че L1s имах направиха тези големи скокове. Екипът посочва, че преди неоткрити L1 „скокове” ​​в морските видове преди милиони години като възможен трамплин за този генетичен боклук, за да влезе в ДНК на видовете в напълно отделни царства.

Те пишат, че едно от тези хоризонтални събития може да е извадило последователността на L1 в древен предшественик на „терийските“ бозайници - животни, които не слагат яйца преди 160 и 191 милиона години. От там последователността можеше да се предава вертикално на всички потомци на тези древни животни, включително и на хора. Докато L1 е предимно фрагментиран и неактивен при хората, той все още съставлява 17% от нашия геном.

Тези находки илюстрират как дори най-малките сили могат да променят еволюцията. Може би преди милиони години, един от нашите най-отдалечени предци се качи в сражение с морска обитателка на кръвта - може би беше морски червей - и по някакъв начин получи инжекция от случайна ДНК. Сега, милиони години по-късно, тези промени продължават да съществуват в нас и ние все още определяме какви роли играят.

"Това показва колко много случайни обмени на ДНК могат да оформят нашата еволюция", казва Иваневич.