Транспозоны делают возможным горизонтальный перенос генов у растений

23.12.200560150



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). 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)



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. href="http://elementy.ru/news/165048" target="_blank">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: href="http://biology.plosjournals.org/perlserv/?request=get-document&doi=10.1371/journal.pbio.0040005"
target="_blank">X. Diao, M. Freeling, D. Lisch (January 2006). Horizontal
Transfer of a Plant Transposon. PLoS Biol 4(1): e5
.



Александр Марков, http://elementy.ru


Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей