'Skákanie gény' komplikované Evolúcia teórie s DNA zdieľané cez druhy

DNA zvyčajne rád dodržiava pravidlá. Pramene DNA sa kopírujú trochu verne a kópie sa prenášajú z rodičov na potomkov, čo vedie k vývoju, ako ho poznáme. Ale podľa nových odhadov, päťdesiat percent vášho genómu je tiež zložený z odpadlík DNA, ktorá rád skočiť z druhov na druhy. Táto nečestná DNA, výskumníci píšu v Biológia genómu článok publikovaný v pondelok sa náhodne vložil do takmer každého genómu na tejto planéte v priebehu vývoja života. Sú to všetko, čo zostalo zo série tajomných udalostí pred miliónmi rokov.

Atma Ivancevic, Ph.D., post-doktorandský výskumník neurogenetiky a bioinformatiky a vedúci autor príspevku, začal svoju štúdiu tým, že sa pokúšal vysvetliť, prečo sa tá istá darebácka DNA nachádza v zvieratách tak výrazne odlišných ako morských ježkov a ľudí. Je dokázané, že väčšina druhov na Zemi má veľké množstvo genetického materiálu - pravdepodobne ste počuli, že ľudia zdieľajú približne 99 percent našej DNA so šimpanzmi - ale tieto gény sú odlišné, hovorí Ivancevic.

„Skákajúce gény nie sú vlastne gény; sú to nekódujúce kúsky „junk DNA“, “hovorí obrátený e-mailom. „Myslite na ne ako na genetické parazity, skáčete okolo genómu, aby ste sa sobecky replikovali a niekedy skákali medzi druhmi.“

V posledných rokoch sme začali chápať funkciu týchto nečestných kúskov DNA, ale stále presne nevieme, čo robia. Toto je tajomstvo za skákaním génov: Sú to strúhanky DNA stopy, roztrúsené po strome života. Vďaka tomuto dokumentu by sme sa konečne mohli dozvedieť, ako urobili taký neporiadok.

Horizontálny prenos

Výskum Ivancevic zistil, že existujú dve sekvencie jumpingovej nezdravej DNA, ktoré možno sledovať v širokom spektre druhov, nazývaných BovB a L1. Výskumní pracovníci nazývajú tieto vzory transponovateľnými prvkami (TE), pretože sami si „náhodne kopírujú a vkladajú“ gény zvierat z morských ježkov, kráv, ľudí. Tento zvláštny proces, v ktorom TE napadá genetický materiál iného druhu, sa nazýva horizontálny prenos.

Naše štandardné chápanie reprodukcie je opísané v vertikálny prenos, predpoklad, že väčšina genetického materiálu sa zvyčajne prenáša z rodičov na dieťa.

Keď kreslíte rodokmeň, obyčajne kreslíte deti pod svojimi rodičmi av určitom zmysle gény majú tendenciu padať pozdĺž generácií týmto spôsobom. Ale niektorí TE sa pohybujú vodorovne cez strom života, „skákanie“ z DNA jedného organizmu do druhého prostredníctvom posla nazývaného „vektor“. Vedci úplne nerozumejú, ako tento proces funguje medzi druhmi, ale majú tušenie o tom, čo by mohli byť vektory.

Niektoré organizmy, ako napríklad baktérie, sú naozaj dobré pri horizontálnom prenose génov a často to robia prirodzene, bez vektora. Zvieratá to nemôžu urobiť, ale môžu byť nakazený baktérií, ktoré potom môžu pôsobiť ako vektory. Príspevok navrhuje niekoľko pravdepodobných kandidátov na túto úlohu posielateľa, vrátane bugov, kliešťov a kobyliek, a tiež vymenúva niektoré potenciálne vodné živočíchy, ako napríklad ustrice a morské červy. Ide o tieto vektory, ktoré pravdepodobne presunuli dva bity sekvencií nevyžiadanej DNA, BovB a L1, naprieč druhmi.

Čo je naozaj zaujímavé, je to, čo sa stane, keď sa tam DNA dostane. Potom, čo sa stane prenosová udalosť, Ivancevic a jej tím ukazujú, že DNA sa môže rýchlo replikovať. Predpokladá sa, že napríklad BovB vznikol najprv v hadoch a potom „skočil“ kravám prostredníctvom horizontálnych prenosových udalostí pred miliónmi rokov, kde sa replikoval viackrát. Premýšľajte o tom, ako robiť štandardné kopírovanie a vkladanie, len znovu zasiahnete kontrolu-V.

„Pre mňa je najprekvapujúcejšou vecou prenos, ale účinky na hostiteľský genóm po prevode,“ hovorí Ivancevic. „Teraz BovB zaberá asi 25% sekvencií genómu kráv. To je obrovská zmena! “

Hľadáte veľké skoky

Ak chcete zistiť, ako ďaleko do stromu života tieto sekvencie infiltrovali, Ivancevicov tím skúmal genómy 759 druhov. Sekvenciu BovB našli u zvierat ako vzdialene príbuzných ako hadi, kravy, morské ježky, netopiere a kone (hoci netopiere a kone mali nízke počty kompletných sekvencií BovB). Zdá sa, že sekvencia L1 je ešte väčšia. Kým 79 druhov malo BovB sekvencie, 559 Druhy mali sekvencie L1. Historicky sa verilo, že L1 sa prenáša iba vertikálne, takže zistenie sekvencie L1 v týchto odlišných druhoch bolo prelomom.

BovB vždy zaujal výskumných pracovníkov, pretože robí „veľké skoky“ medzi vzdialene príbuznými druhmi, čo dokazuje, že došlo k nejakému druhu horizontálneho prenosu. Ale predchádzajúca analýza len ukázala niekoľko prípadov, v ktorých sekvencie L1 robili tieto veľké skoky, čo viedlo výskumníkov k záveru, že L1 bol pravdepodobne odovzdaný len vertikálne.

Tím odlievania širšej siete ukázal, že je viac genomického skákania, než sme si mysleli. „Použitie zvierat, rastlín a plesní skutočne pomohlo premietnuť čo najviac genómov so súčasnými údajmi. Neexistuje veľa štúdií, ktoré by sa snažili o prenos v rámci Veľkej Británie vo veľkom meradle, “hovorí.

Zistenie, že L1 sú prítomné v 559 druhoch, bolo presvedčivým dôkazom toho, že L1s mal z týchto veľkých skokov. Tím poukazuje na šesť predtým neobjavených L1 "skokov" v morských druhoch pred miliónmi rokov ako možný odrazový mostík pre tento junk gén, aby vstúpil do DNA druhov v úplne oddelených kráľovstvách.

Píšu, že jedna z týchto horizontálnych udalostí mohla vyskočiť sekvenciu L1 do starodávneho predka „terapeutických“ cicavcov - zvierat, ktoré nemajú vajcia - medzi 160 a 191 miliónmi rokov. Odtiaľ mohla byť sekvencia prenesená vertikálne na všetkých potomkov týchto starodávnych zvierat, vrátane ľudí. Zatiaľ čo L1 je u ľudí väčšinou fragmentovaná a neaktívna, stále tvorí 17 percent nášho genómu.

Zistenia, ako sú tieto, dokazujú, že dokonca aj tie najmenšie sily môžu pretvoriť vývoj. Možno pred miliónmi rokov sa jeden z našich najodľahlejších predkov dostal do hádky s morom žijúcim krvavým škodcom - možno to bol morský červ - a nejako dostal injekciu náhodnej DNA. Teraz, o milióny rokov neskôr, tieto zmeny pretrvávajú v nás a stále zisťujeme, aké úlohy hrajú.

„Ukazuje, koľko náhodných výmen DNA môže formovať náš vývoj,“ hovorí Ivancevic.