Горизонтальный перенос генов (HGT) — явление, при котором генетический материал передается между неродственными видами. Оно хорошо известно у бактерий и микроорганизмов, но у многоклеточных организмов встречается гораздо реже. В мире растений HGT часто наблюдается у паразитов, которые тесно связаны со своими хозяевами. Однако до сих пор было неясно, может ли паразит не просто получить, а функционально использовать чужие гены, заменив ими свои собственные.
Новое исследование, опубликованное в научном Proceedings of the Royal Society B, дает однозначный ответ: может. Группа ученых под руководством Марии Вирджинии Санчес-Пуэрта из Национального университета Куйо в Аргентине изучала два вида растений-голопаразитов рода Lophophytum — Lophophytum mirabile и Lophophytum pyramidale. Эти растения полностью утратили способность к фотосинтезу и получают воду, питательные вещества и энергию исключительно от растений-хозяев.
Исследователи секвенировали и собрали полные митохондриальные геномы этих паразитов и сравнили их с геномами их хозяев. Результат оказался поразительным: большое количество митохондриальной ДНК в клетках Lophophytum было приобретено от растений-хозяев. Более того, некоторые из этих заимствованных генов стали функциональными — они заменили исходные гены паразита и активно работали. Это означает, что растение не просто «носит» с собой чужую ДНК, а использует её для своих биологических процессов.
В течение последних 20 лет мы изучали частоту и эволюционное значение горизонтального переноса генов между растениями. Мы сосредоточились на митохондриальном геноме, который особенно подвержен HGT. Большая часть чужеродной ДНК остается нефункциональной и со временем теряется. Но здесь мы столкнулись с совершенно иной ситуацией.
Ученые задались вопросом: как чужеродные гены смогли преодолеть барьеры экспрессии и начать работать в клетке паразита? Они провели сравнительный геномный и филогенетический анализ, чтобы выяснить происхождение промоторов (участков ДНК, запускающих транскрипцию) заимствованных генов. Кроме того, они секвенировали РНК, чтобы проверить, насколько точно обрабатываются транскрипты (сплайсинг интронов и РНК-редактирование).
Выяснилось, что приобретенные гены становятся функциональными только при соблюдении нескольких условий. Естественный отбор «разрешал» экспрессию тех чужеродных генов, которые сохранили собственные промоторы (то есть участки, запускающие их считывание), не содержали интронов (некодирующих вставок) и требовали минимального РНК-редактирования. Гены, не соответствовавшие этим требованиям, не приживались.
Ранее Наука Mail рассказывала об открытии новых генов с паразитическим прошлым российскими учеными.
