ДНК коровы на четверть состоит из генов рептилий?

Ирина Филипкова

02.11.2017 В геноме живого организма присутствуют ретротранспозоны, или так называемые прыгающие гены, которые могут дуплицироваться и встраивать свои дубликаты в другие части ДНК. Так создаются длинные цепочки повторяющихся элементов. Примерно половина генома человека образована такими прыгающими генами. А ДНК коровы на четверть состоит из одного прыгающего гена - BovB. Он «накачивает» геном коровы тысячами своих копий. И попал он к корове из весьма неожиданного источника – от рептилий.

Обычно ретротранспозоны «прыгают» внутри генома, но умеют мигрировать и вовне, то есть покидать ДНК одного организма и проникать в ДНК другого. Именно так произошло с геном BovB. Зародившись в организме какого-то неизвестного пращура, он попал в ДНК змей и коров, слонов и бабочек, муравьев и носорогов.

Профессор университета Аделаиды, руководитель кафедры биоинформатики Дэвид Эдельсон описал этот перенос еще в 2013 году, сравнив слегка разные версии BovB у десятка животных. Работавшая под его началом команда обнаружила, что BovB у коров и других жвачных млекопитающих имеет наибольшее сходство с модификациями этого гена у питонов и гадюк и, вполне вероятно, происходит от них. Коллега Эдельсона Атма Иванцевич пошла дальше, изучив BovB более чем у 500 видов животных. Результаты ее исследования показали, что ген намного более склонен к межвидовым «путешествиям», чем считалось до этого.

С течением времени гены изменяются, при этом близкородственные виды имеют более схожие версии, чем дальние родственники. Поэтому, если сравнить разные модификации одного и того же гена у ряда животных, можно построить эволюционное древо, которое покажет их родственные связи. Но этот метод работает только для вертикального переноса, то есть для генов, наследуемых потомством от родителей.

Когда Иванцевич сделала то же самое для BovB, который «прыгает» горизонтально, то есть между видами, у нее получилось, мягко говоря, весьма странная родословная. В ней словно в параллельной вселенной, овцы состоят в более тесном родстве с кобрами, чем со слонами, у кенгуру больше общего с клопами, чем с лошадьми, а питоны, рыбки данио-рерио, пиявки, скорпионы и морские ежи принадлежат к одному родственному клану.

Как пишет theatlantic.com, Иванцевич подсчитала, что BovB мигрировал между геномами животных, находящихся в очень дальнем родстве, по меньше мере 11 раз, а возможно и больше. В некоторых случаях, попав в новые для себя условия, он буквально срывался с цепи и безудержно клонировался: коровы, овцы, слоны – все они имеют тысячи его копий в своих ДНК. В других группах, например, у летучих мышей и лошадей ген вел себя гораздо скромнее и произвел всего несколько десятков копий.

Механизм горизонтального переноса BovB точно неизвестен, но авторы исследования предполагают, что он проходит с участием кровососущих паразитов. Версии BovB у пиявок и рыбок данио-рерио, клопов и змей, клещей и ящериц имеют сильное сходство. Паразитируя на различных хозяевах, кровососы могут переносить прыгающий ген через межвидовой барьер. И, хотя эта гипотеза не лишена смысла, на практике такой перенос представить сложно. Какой паразит, например, мог сначала покусать морского ежа, а потом гремучую змею?

Сравнивать BovB у разных видов нужно с большой осторожностью. Допустим, вирус позаимствовал кусочек ДНК какого-то червя, а затем заразил птицу. ДНК червя, соответственно, передалась ей. Далее вирусную ДНК подхватил клещ, который живет на перьях этой птицы. Если расшифровать геном только червя и клеща, можно предположить, что первый получил ДНК напрямую от второго. И лишь одна неувязка: клещи не кусают червей. Очевидно, для более точного отслеживания перемещения BovB имеет смысл расшифровать геномы намного большего числа видов, в том числе паразитов.

Исследования Иванцевич также затронули другой ретротранспозон - L1. Этот прыгающий ген составляет 17% генома человека. Большинство его копий повреждены и немобильны, однако отдельные элементы сохранили способность перемещаться, а их наличие в геноме связывают с такими болезнями, как шизофрения и рак.

L1 присутствует в геноме практически всех млекопитающих и предположительно имелся в ДНК нашего общего предка. Ученые считали, что ген умеет прыгать внутри генома, а между видами перемещаться не способен. Однако Иванцевич обнаружила по крайне мере три возможных случая, когда L1 мог передаваться между крупными группами животных, преимущественно водных. Ген полностью отсутствует в ДНК утконосов и ехидн. А значит, он проник в геном млекопитающих уже после того, как однопроходные «отпочковались» от основной ветви где-то 160-191 млн лет назад.

Почему такие гены, как BovB, более предрасположены к горизонтальному переносу и адаптации к новым условиям, чем L1? Возможно, потому что BovB вдвое меньше по размеру и, в отличие от L1, переносится посредством паразитов. Как бы то ни было, BovB L1 и им подобные гены сильно повлияли на ход эволюции их носителей. Оказываясь в неподходящем месте и нарушая работу жизненно важных генов, ретротранспозоны могут приводить к заболеваниям. С другой стороны, изменяя «прошивку» существующих генов, они служат поставщиком сырья для эволюции их носителей. Именно таким образом они симулировали эволюцию плаценты и укрепили нашу иммунную систему.

Если к фундаментальным изменениям эволюционного процесса привели всего несколько «прыжков» ретротранспозонов, то как бы развивалась жизнь, если отмотать время назад? Повторила бы эволюция свой путь или пошла бы по совершенно другой дороге? Ученые склоняются к тому, что, в силу непредсказуемости этих процессов, скорее второе.

Источник: http://agriculture.by

Другие материалы рубрики
Комментарии
Войти как