'Skákající geny' komplikují evoluční teorii se sdílenou DNA napříč druhy

DNA obvykle rád dodržuje pravidla. Prameny DNA jsou kopírovány poněkud věrně a kopie jsou předávány z rodičů na potomky, čímž se řídí evoluce, jak ji známe. Ale podle nových odhadů je padesát procent vašeho genomu také složeno z odpadlíkové DNA, která ráda skočí z druhu na druh. Tato nečestná DNA, vědci píší v Biologie genomu článek publikovaný v pondělí se náhodně vložil do téměř každého genomu na této planetě v průběhu vývoje života. Jsou to všechno, co zůstalo z řady tajemných událostí před miliony let.

Atma Ivancevic, Ph.D., post-doktorský výzkumník neurogenetiky a bioinformatiky a hlavní autor příspěvku, začal svou studii snahou vysvětlit, proč se stejná darebácká DNA nachází ve zvířatech, které jsou stejně odlišné jako mořští ježci a lidé. Je prokázáno, že většina druhů na Zemi sdílí velké množství genetického materiálu - pravděpodobně jste slyšeli, že lidé mají zhruba 99 procent naší DNA s šimpanzy - ale tyto geny jsou jiné, říká Ivancevic.

„Skákající geny nejsou ve skutečnosti geny; jsou to nekódující kousky „nevyžádané DNA“, “říká Inverzní v e-mailu. „Mysli na ně jako na genetické parazity, skáčete kolem genomu, aby se sobecky replikovali, a někdy skáčete mezi druhy.“

V posledních několika letech jsme začali chápat funkci těchto nepoctivých kousků DNA, ale stále nevíme, co dělají. To je záhada za skákáním genů: Jsou to stroužky DNA stopy, roztroušené po stromě života. Díky tomuto dokumentu bychom se konečně mohli dozvědět, jak se jim to podařilo.

Horizontální přenos

Výzkum Ivancevic zjistil, že existují dvě sekvence jumpingové nezdravé DNA, které lze sledovat v širokém spektru druhů, nazývaných BovB a L1. Výzkumníci nazývají tyto vzory transponovatelnými prvky (TE), protože sami „kopírují a vkládají“ náhodně do genů zvířat od mořských ježků, krav, k lidem. Tento podivný proces, ve kterém TE napadá genetický materiál jiného druhu, se nazývá horizontální přenos.

Naše standardní chápání reprodukce je popsáno vertikální přenos, předpoklad, že většina genetického materiálu je obvykle předávána z rodiče na dítě.

Když kreslíte rodokmen, obvykle kreslíte děti pod svými rodiči a v určitém smyslu geny tímto způsobem padají podél generací. Ale někteří TE se pohybují vodorovně přes strom života, „skákání“ z DNA jednoho organismu do druhého prostřednictvím posla zvaného „vektor“. Vědci plně nerozumí tomu, jak tento proces funguje mezi druhy, ale mají tušení o tom, co by mohly být vektory.

Některé organismy, jako jsou bakterie, jsou opravdu dobré při horizontálním přenosu genů a často tak přirozeně, bez vektoru. Zvířata to nemohou udělat, ale mohou být nakažený bakteriemi, které pak mohou působit jako vektory. Příspěvek navrhuje několik pravděpodobných kandidátů na tuto roli posla, včetně chyb, klíšťat a kobylek, a také jmenuje některé potenciální vodní živočichy, jako jsou ústřice a mořští červi. Jsou to tyto vektory, které pravděpodobně přesouvaly dva kousky sekvencí nevyžádané DNA, BovB a L1, napříč druhy.

Co je opravdu zajímavé, je to, co se stane, jakmile se tam DNA dostane. Poté, co se stane přenosová událost, Ivancevic a její tým ukazují, že DNA se může rychle replikovat. Předpokládá se, že například BovB poprvé vznikl v hadích a pak „skočil“ kravám prostřednictvím horizontálních přenosových událostí před miliony let, kde se několikrát opakoval. Přemýšlejte o tom, že děláte standardní kopírování a vkládání, pouze znovu stisknete ovládací prvek V.

„Pro mě bylo nejpřekvapivější věcí převod, ale účinky na hostitelský genom po přenosu,“ říká Ivancevic. „Nyní BovB zaujímá asi 25% sekvence genomu krávy. To je obrovská změna! “

Hledáte velké skoky

Abychom zjistili, jak daleko do stromu života tyto sekvence infiltrovaly, Ivancevicův tým zkoumal genomy 759 druhů. Našli sekvenci BovB u zvířat jako distancově příbuzné jako hadi, krávy, mořské ježky, netopýry a koně (i když netopýři a koně měli nízký počet kompletních sekvencí BovB). Zdálo se, že sekvence L1 je ještě větší. Zatímco 79 druhů mělo BovB sekvence, 559 Druhy měly sekvence L1. Historicky, L1 byl věřil být jen přenesený vertikálně, tak nález L1 sekvence v těchto různorodých druzích byl průlom.

BovB vždy zaujal vědce, protože to dělá “velké skoky” mezi vzdáleně příbuznými druhy, poskytovat důkaz, že nějaký druh horizontální přenosové události se konal. Předchozí analýza však ukázala jen několik případů, kdy sekvence L1 vytvořily tyto velké skoky, což vedlo vědce k závěru, že L1 byl pravděpodobně předáván pouze vertikálně.

Tím, že vrhl širší síť, ukázal tým Ivancevic, že ​​je více genomického skákání, než jsme si kdysi mysleli. „Používání zvířat, rostlin a plísní skutečně pomohlo promítat co nejvíce genomů se současnými daty. Neexistuje mnoho studií, které by ve velkém měřítku hledaly převod mezi královstvími, “říká.

Zjištění, že L1 jsou přítomny u 559 druhů, je přesvědčivým důkazem toho, že L1s měl udělal tyto velké skoky. Tým poukazuje na šest dříve neobjevených „skoků“ L1 v mořských druzích před miliony let jako možný odrazový můstek pro tento nevyžádaný gen, aby mohl vstoupit do DNA druhů v úplně oddělených královstvích.

Píšou, že jedna z těchto horizontálních událostí mohla vyskakovat posloupnost L1 do starověkého předka „terapeutů z teria“ - živočichů, kteří nesložili vejce - mezi 160 a 191 miliony lety. Odtud mohla být posloupnost poslána svisle na všechny potomky těch starověkých zvířat, včetně lidí. Zatímco L1 je u lidí většinou fragmentovaná a neaktivní, stále tvoří 17 procent našeho genomu.

Zjištění, jako jsou tyto, ilustrují, jak i ty nejmenší síly mohou přetvořit evoluci. Možná, před miliony let, se jeden z našich nejvzdálenějších předků dostal do hádky s mořem žijícím krveprolícím škůdcem - možná to byl mořský červ - a nějak se mu dostalo injekce náhodné DNA. Nyní, o miliony let později, tyto změny v nás přetrvávají a my stále zjišťujeme, jaké role hrají.

„Ukazuje, jak moc náhodné výměny DNA mohou formovat náš vývoj,“ říká Ivancevic.