Мобильный LiveInternet ВОТ ОНА-БИОЛОГИЯ БУДУЩЕГО

Авторизация

Дневник д-р_АГОН Лента друзей - Дневник - Полная версия

ВОТ ОНА-БИОЛОГИЯ БУДУЩЕГО 27-12-2005 07:53 к комментариям - к полной версии - понравилось!

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 (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 (Калифорния, 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

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.

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

Александр Марков

22.12.2005 http://elementy.ru/

http://elementy.ru/news/165064

вверх^ к полной версии понравилось! в evernote

Комментарии (24):

д-р_АГОН 27-12-2005-07:55 удалить

Древние млекопитающие заразились плацентой
Плацента (красный круг справа) позволяет и людям, и этому мышонку проводить начало жизни в животе у матери. Возможно, этот замечательный орган никогда бы не появился, если бы наши далекие предки не подхватили где-то очень странную заразу (фото из статьи в Nature genetics)

Ген Peg10, необходимый для развития плаценты, судя по всему, был позаимствован древними млекопитающими у "подвижного генетического элемента" - ретротранспозона. Это уже не первый случай, когда крупная эволюционная новация оказывается связана с этими странными вирусоподобными объектами.

Недавно обнаруженный ген Peg10 мог сыграть важную роль в появлении плацентарных млекопитающих. Об этом свидетельствуют результаты исследований Рюичи Оно (Ryuichi Ono) из Токийского медицинского университета и его коллег. Ученые показали, что у мышиных эмбрионов с выключенным геном Peg10 нарушается развитие плаценты, отчего эмбрион погибает через 10 дней после зачатия. Внешне плацента такого эмбриона выглядит почти нормально, однако в ней отсутствуют некоторые типы клеток, необходимые для эффективной работы органа.

При помощи чрезвычайно сложных манипуляций, связанных с приживлением к дефектному зародышу эмбриональных клеток с нормально работающим геном Peg10, исследователям удалось спасти нескольких обреченных и вырастить из них взрослых мышей, способных к размножению. Правда, они заметно отставали в развитии. При этом ген Peg10 у них по-прежнему не работал. Тем самым было показано, что ген необходим в первую очередь именно для развития плаценты, хотя может выполнять и ряд других, менее важных функций.

Обнаружение гена, необходимого для развития плаценты, само по себе очень интересно. Появление плаценты позволило продлить внутриутробное развитие, что, в свою очередь, имело далеко идущие эволюционные последствия. Согласно одной из гипотез, именно плацентарность создала предпосылки для увеличения размеров мозга и быстрого "поумнения" млекопитающих, которое началось около 60 млн лет назад и затронуло только плацентарных (сумчатые и однопроходные, не имеющие плаценты, так и остались тугодумами). Кстати, еще предстоит выяснить, имеются ли аналоги гена Peg10 у сумчатых и однопроходных (пока известно, что ген, похоже, есть у всех плацентарных, но отсутствует у птиц и рыб).

Однако нет никаких оснований говорить, что ген Peg10 "кодирует плаценту", как поспешили сообщить некоторые новостные сайты. Плацента, хоть и "бракованная", развивается и без его помощи. Появление нового эмбрионального органа потребовало согласованных изменений множества разных генов. Peg10 - только один из них (возможно, один из важнейших, но точно не единственный).

Интересно другое. Ген Peg10 по своей структуре чрезвычайно сходен с мобильным генетическим элементом - ретротранспозоном Sushi-ichi, относящимся к семейству ретротранспозонов Ty3/gypsy LTR. Ретротранспозон - это нечто вроде упрощенного вируса, почти утратившего инфекционность (способность передаваться от одного хозяина к другому), но всё еще умеющего размножаться внутри клетки хозяина и встраивать свои копии в хозяйский геном. Типичные ретротранспозоны представляют собой участки ДНК, кодирующие два фермента - обратную транскриптазу и интегразу. Первая производит ДНК-копии ретротранспозона на матрице РНК (которая получается в результате транскрипции - "прочтения" - ретротранспозона белками клетки-хозяина). Вторая - встраивает эти копии в хозяйские хромосомы. Ретротранспозоны передаются обычно только по наследству - от родителей к детям, но иногда, крайне редко, ими все-таки можно "заразиться" как вирусами.

По-видимому, предки млекопитающих подхватили где-то ретротранспозон, который со временем был "приручен", утратил подвижность, а затем один из его генов был рекрутирован для выполнения новой функции - регуляции развития плаценты.
Это не единственный случай такого рода. От ретротранспозона ведет свою родословную фермент теломераза, от которой зависит восстановление кончиков хромомосом, укорачивающихся после каждой репликации. Теломераза играет важную роль в процессах старения и в образовании раковых опухолей (первое связано с низкой, второе - со слишком высокой активностью теломеразы). Для восстановления кончиков хромосом теломераза использует РНК-матрицу и механизм обратной транскрипции - главное "ноу-хау" ретротранспозонов и их родни - ретровирусов. Теломеразная регуляция - важнейший механизм поддержания целостности сложного многоклеточного организма, в котором ни одна клетка не имеет права делиться, когда ей вздумается.

У обычных (не "ретро") транспозонов древние позвоночные позаимствовали фермент транспозазу, который умеет вырезать и перемещать участки ДНК. Потомки этой транспозазы - белки RAG - собирают из кусочков гены иммуноглобулинов, по-разному комбинируя фрагменты ДНК в зреющих лимфоцитах. Так достигается огромное разнообразие этих защитных белков при небольшом количестве имеющихся в геноме фрагментов-заготовок. Великолепная иммунная система позвоночных была одной из главных предпосылок их эволюционного успеха.

Всё это более чем странно. Слишком уж часто, когда генетики докапываются до очередного гена, связанного с крупным прогрессивным преобразованием, они натыкаются на следы деятельности блуждающих вирусоподобных элементов - транспозонов и ретротранспозонов. Случайно ли?

Источник: Ono et al. Deletion of Peg10, an imprinted gene acquired from a retrotransposon, causes early embryonic lethality // Nature Genetics. Advanced online publication. doi:10.1038/ng1699.

Александр Марков

15.12.2005 http://elementy.ru

http://elementy.ru/news/165048

Вы сейчас не можете прокомментировать это сообщение.