„Šuolių genai“ komplikuoja evoliucijos teoriją su pasidalijamomis DNR rūšimis

DNR paprastai mėgsta laikytis taisyklių. DNR kryptys yra ištikimai kopijuojamos, kopijos iš tėvų perduodamos palikuonims, taip skatinant evoliuciją, kaip žinome. Tačiau, remiantis naujais skaičiavimais, penkiasdešimt procentų jūsų genomo sudaro ir renegatė DNR, kuri mėgsta šokinėti iš rūšių į rūšis. Ši nesąžininga DNR, mokslininkai rašo a Genomo biologija Straipsnis, paskelbtas pirmadienį, atsitiktinai įtraukė save į beveik kiekvieną šios planetos genomą per visą gyvenimo evoliuciją. Jie visi lieka paslaptingų įvykių, įvykusių prieš milijonus metų.

Atma Ivancevičius, daktaras, po doktorantūros neurogenetikos ir bioinformatikos tyrėjas ir vadovo autorius, pradėjo tyrimą, siekdamas paaiškinti, kodėl tokį patį nesąžiningą DNR galima rasti gyvūnuose, kurie labai skiriasi nuo jūros ežių ir žmonių. Nustatyta, kad dauguma žemėje esančių rūšių turi daug genetinės medžiagos - tikriausiai girdėjote, kad žmonės dalijasi maždaug 99 proc. Mūsų DNR su kamanomis - tačiau šie genai yra skirtingi, sako Ivancevičius.

„„ Šuolių genai “iš tikrųjų nėra genai; jie yra nekoduojantys „šiukšlių DNR“ vienetai “, - sako ji Inversinis el. „Pagalvokite apie juos kaip genetinius parazitus, šokdami aplink genomą, kad patys savaime kartotumėte, o kartais šokinėjant tarp rūšių.“

Per pastaruosius kelerius metus pradėjome suprasti šių nesąžiningų DNR bitų funkciją, tačiau mes vis dar nežinome, ką jie daro. Tai yra už šokinėjančių genų paslaptis: jie yra DNR tako riešutai, išsklaidyti per visą gyvybės medį. Dabar, dėka šio dokumento, galiausiai galėtume sužinoti, kaip jie padarė tokį netvarką.

Horizontalus perkėlimas

Ivancevičiaus tyrimas parodė, kad yra dvi šokinėjančios nepageidaujamos DNR sekos, kurias galima atsekti daugelyje rūšių, vadinamų BovB ir L1. Mokslininkai šituos modelius perkelia kaip elementus (TE), nes jie „nukopijuoja ir įklijuoja“ patys atsitiktinai per gyvūnų ežerų genus, karves, žmones. Šis keistas procesas, kuriame TE įsiveržia į kitos rūšies genetinę medžiagą, vadinamas horizontalus perdavimas.

Mūsų standartinį supratimą apie reprodukciją apibūdina vertikalus perdavimas, prielaida, kad dauguma genetinės medžiagos paprastai iš tėvų perduodama vaikui.

Nubraižydami šeimos medį, dažniausiai vaikus traukiate po savo tėvais, o tam tikra prasme tokiu būdu genai linkę nukristi. Tačiau kai kurios TE horizontaliai per gyvybės medį, „šokinėdamas“ iš vieno organizmo DNR į kitą per pasiuntinį, vadinamą „vektoriumi“. Mokslininkai visiškai nesupranta, kaip procesas veikia tarp rūšių, tačiau jie turi šurmulį apie tai, kas gali būti vektoriai.

Kai kurie organizmai, tokie kaip bakterijos, yra tikrai geri horizontaliai perkeliant genus ir dažnai tai natūraliai, be vektoriaus. Gyvūnai to negali padaryti, bet jie gali būti užsikrėtę bakterijos, kurios gali veikti kaip vektoriai. Straipsnyje siūloma keletas galimų kandidatų šiam pasiuntinio vaidmeniui, įskaitant lovos klaidas, erkes ir skėriukus, taip pat siūlomi kai kurie potencialūs vandens vektoriaus padarai, tokie kaip austrės ir jūros kirminai. Tikėtina, kad šie vektoriai perkelia du nepageidaujamų DNR sekų, BovB ir L1, bitus.

Kas tikrai įdomu, kas atsitinka, kai ten pateksite DNR. Pasibaigus perdavimo įvykiui, Ivancevičius ir jos komanda rodo, kad DNR gali greitai atkartoti. Pavyzdžiui, manoma, kad BovB pirmiausia atsirado gyvatėse ir po to „šoktelėjo“ į karves per horizontalius perdavimo įvykius prieš milijonus metų, kai jis pakartojo kelis kartus. Pagalvokite apie tai, kaip darote standartinį kopijavimą ir įklijuoti, tik jūs vėl pateksite į „Control-V“.

„Man labiausiai stebina ne perdavimas, bet poveikis šeimininko genomui po perdavimo“, - sako Ivancevičius. „Dabar BovB užima apie 25% karvių genomo sekos. Tai didžiulis pokytis!

Ieškote didelių šuolių

Kad pamatytumėte, kaip toli į gyvybės medį įsiskverbė šios sekos, Ivancevičiaus komanda ištyrė 759 rūšių genomus. Jie nustatė, kad BovB seka gyvuliuose, kaip toli nutolusiose kaip gyvatės, karvės, jūros ežerai, šikšnosparniai ir arkliai (nors šikšnosparniai ir arkliai turėjo mažai pilnų BovB sekų). L1 seka atrodė dar labiau paplitusi. 79 rūšys turėjo BovB sekas, 559 rūšys turėjo L1 sekas. Manoma, kad L1 buvo perduotas tik vertikaliai, todėl L1 sekos nustatymas šiose skirtingose ​​rūšyse buvo proveržis.

BovB visada patyrė tyrinėtojus, nes daro „didelius šuolius“ tarp tolimų susijusių rūšių, įrodydamas, kad įvyko tam tikras horizontalus perdavimo įvykis. Tačiau ankstesnė analizė parodė tik keletą atvejų, kai L1 sekos sukūrė šiuos didelius šuolius, todėl mokslininkai nusprendė, kad L1 tikriausiai buvo perduodamas tik vertikaliai.

Iškeldamas platesnį tinklą, Ivancevičiaus komanda parodė, kad buvo daugiau genominių šokinėjimų, nei mes kada nors manėme. „Gyvūnų, augalų ir grybų naudojimas iš tiesų padėjo atvaizduoti kuo daugiau genomų. Nėra daug tyrimų, ieškančių tarpvalstybinio perdavimo dideliu mastu “, - sako ji.

Pastebėjimas, kad L1 yra 559 rūšių, buvo įtikinamas įrodymas, kad L1s yra turėjo padarė šiuos didelius šuolius. Komanda nurodo, kad prieš šešis anksčiau neatrastus L1 „šuolius“ jūrinėse rūšyse prieš milijonus metų, kaip galimą šio nepageidaujamo geno trampliną patekti į rūšių DNR visiškai atskirose karalystėse.

Jie rašo, kad vienas iš šių horizontaliųjų įvykių galėjo nukreipti L1 seką į senovės „protinių“ žinduolių protėvius - gyvūnus, kurie nenaudoja kiaušinių - nuo 160 iki 191 milijono metų. Iš ten seka galėtų būti perduota vertikaliai visiems tų senovės gyvūnų, įskaitant, galbūt, žmones, palikuonims. Nors L1 dažniausiai yra suskaidytas ir neaktyvus žmogui, jis vis dar sudaro 17 proc. Mūsų genomo.

Tokie rezultatai rodo, kaip net mažiausios jėgos gali pakeisti evoliuciją. Galbūt, prieš milijonus metų, vienas iš mūsų tolimiausių protėvių pateko į jūrą turinčio kenkėjo kenkėjišką jūrą - galbūt tai buvo jūros kirminas - ir kažkaip gavo atsitiktinės DNR injekciją. Dabar, praėjus milijonams metų, šie pokyčiai išlieka mūsų viduje, ir mes vis dar išsiaiškinome, kokius vaidmenis jie atlieka.

„Tai rodo, kiek atsitiktinių DNR mainų gali formuoti mūsų evoliuciją“, - sako Ivancevičius.