Прыг-скок ретротранспозон – и буренка уже на четверть питон

Ваш геном сильно раздут. Примерно 42% его составляют ретротранспозоны – самоповторяющиеся генетические элементы, которые копируют сами себя и вставляют в другие части ДНК, заполоняя геном спамом, от которого так просто не избавишься. И это типичная ситуация для млекопитающих. У коровы, например, четверть генома состоит из одного конкретного ретротранспозона – BovB. И его она получила от весьма неожиданного донора – от жеманной чешуйчатой рептилии.

Как правило, ретротранспозоны прыгают внутри генома, но иногда перемещаются из ДНК одного организма в ДНК другого. Такой горизонтальный перенос – обычное явление у бактерий и архей, но как он происходит у животных – толком непонятно. Тем не менее факт остается фактом: из какого-то неизвестного источника BovB распространился по геномам змей и коров, слонов и бабочек, муравьев и носорогов. У всех этих животных последовательность BovB немножко разная, но вот у жвачных млекопитающих она больше всего напоминает питонью и гадючью, показало исследование 2012 года.

Недавно оно было расширено до более 500 видов животных, у 60 из которых обнаружены версии BovB. И родословная этого элемента оказалась похожа на эволюционное древо из какой-то параллельной реальности, где овцы состоят в большем родстве с кобрами, чем со слонами, у кенгуру больше общего с клопами, чем с лошадьми, а пиявки, питоны, скорпионы, морские ежи и рыбки данио-рерио формируют уютный семейный пучок.

Ученые подсчитали, что BovB прыгал между геномами дальнородственных животных по меньшей мере 11 раз, а возможно, и намного больше. В некоторых случаях, запрыгнув в геном новой для себя группы, ретротранспозон пускался во все тяжкие и копипастился вволю: у коров, овец и слонов присутствуют тысячи копий этого гена, которые занимают 25%, 15% и 11% ДНК соответственно. В других он вел себя куда более сдержанно: у летучих мышей, лошадей и морских ежиков всего несколько десятков копипаст. Какие-то геномы оказываются более гостеприимными для BovB, чем другие, и причины этого неясны.

У авторов исследования есть подозрение, что горизонтальный перенос между животными осуществляется при посредничестве кровососов. Версии BovB, обнаруженные у пиявок и данио-рерио, клопов и змей, клещей и ящериц, во много похожи. Кусая разных хозяев, кровососы помогают генам скакать с одного животного на другое через межвидовые барьеры. Но тогда интересно, какой-такой сосун перенес BovB с морского ежика Strongylocentrotus purpuratus на пятнистого гремучника, Crotalus mitchellii, или наоборот? Вряд ли гадюка покусала ежа напрямую. Еще сложнее представить, как ошалелый морской ежик пьет кровь у змеи. Жуть.

Интерпретировать полученные данные необходимо с осторожностью. Скажем, некий вирус может позаимствовать кусочек ДНК червячка, затем заразить птичку и поделиться им с ней, а от нее вирусный фрагмент переместится в клеща, живущего на ее перьях. Если проанализировать ДНК только клеща и червячка, то можно прийти к выводу, что червь заполучил ген от клеща. Это выглядит логично, ведь клещ – кровосос, но вместе с тем и странно, потому что клещи червей не кусают. Чтобы отследить пути перемещения ретротранспозона между видами, нужно секвенировать его у очень большого количества животных, включая всевозможных промежуточных хозяев и паразитов.

Когда буренка немного питон.

Еще один ретротранспозон, судьба которого изучена в новой работе, – L1 – занимает своими копиями 17% генома человека. Большинство из них повреждены и не работают, но некоторые активны, и с этой прыгучей активностью даже связывают шизофрению и рак. L1 присутствует в геномах практически всех млекопитающих, и ученые склонялись к мысли, что он имелся уже у их общего предка, а между видами не прыгает. Но сравнительный анализ указал как минимум на три возможных горизонтальных переноса между крупными группами животных, в основном водных. А явное отсутствие L1 у утконосов и ехидн говорит о том, что в геномы млекопитающих элемент попал уже после того, как однопроходные отделились от остальных зверей, где-то 191–160 миллионов лет назад.

Какова вообще роль подобных «прыгунов» для живых организмов? Поскакушки потенциально могут привести к болезням, если элемент окажется в неподходящем месте и нарушит дееспособность жизненно важных генов. С другой стороны, прыгающие последовательности ДНК могут предоставлять сырьевую базу для эволюции хозяев – например, ген Peg10, необходимый для развития плаценты у млекопитающих, происходит от «прирученного» ретротранспозона, подхваченного где-то древним первозверьком. Один прыжок – и эволюция пошла по кардинально новой дорожке. И процессы эти такие случайные и непредсказуемые, что, если перемотать время назад, эволюционная история не повторится – она окажется совершенно иной. Никаких людей, приматов и плацентарных млекопитающих. Только ехиднодоны, кенгурокрылы и прекрасные разумные водоросли.


Текст: Виктор Ковылин. По материалам: The Atlantic
Научная статья: bioRxiv (Ivancevic et al., 2017)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вы хотите поделиться с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Из грязи в князи, из геенны в гены
Змеи против тритонов: генная война, которая старше их самих
Древнейший родственник людей и водорослей объявился в Индии


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение