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