“Lektu gēni” sarežģī evolūcijas teoriju ar DNS kopīgajām sugām

DNS parasti patīk ievērot noteikumus. DNS virzieni ir nedaudz kopēti un kopijas no vecākiem tiek nodotas pēcnācējiem, tādējādi virzot evolūciju, kā mēs to zinām. Bet, saskaņā ar jauniem aprēķiniem, piecdesmit procenti no jūsu genoma ir arī no renegāta DNS, kas patīk pāriet no sugām uz sugām. Šī negodīgā DNS, pētnieki raksta a Genoma bioloģija rakstu, kas publicēts pirmdien, ir nejauši ievietojis gandrīz katru šīs planētas genomu dzīves gaitā. Tie visi ir palikuši vairākos noslēpumainos notikumos pirms miljoniem gadu.

Atma Ivancevic, Ph.D., pēcdoktorantūras neirogenētikas un bioinformātikas pētnieks un vadošais autors, sāka savu pētījumu, cenšoties izskaidrot, kāpēc tāds pats negodīgais DNS ir atrodams dzīvniekos, kas ir ļoti atšķirīgi kā jūras ieroči un cilvēki. Ir konstatēts, ka lielākajā daļā sugu uz zemes ir liels ģenētiskā materiāla daudzums - jūs, iespējams, esat dzirdējuši, ka cilvēkiem ir apmēram 99 procenti no mūsu DNS ar šimpansiem, bet šie gēni ir atšķirīgi, saka Ivancevičs.

“Lektu gēni” faktiski nav gēni; tie ir nekodēti “junk DNS” gabali, ”viņa stāsta Apgrieztā e-pastā. „Domājiet par tiem, piemēram, ģenētiskiem parazītiem, lekt ap genomu, lai pašaizliedzīgi atkārtojas, un dažreiz lecot starp sugām.”

Dažu pēdējo gadu laikā mēs esam sākuši saprast šo negodīgo DNS bitu funkciju, bet mēs joprojām nezinām, ko viņi dara. Tas ir noslēpums aiz lektu gēniem: tie ir DNS takas rieksti, kas izkaisīti visā dzīvības kokā. Tagad, pateicoties šim dokumentam, mēs galu galā varam uzzināt, kā viņi izdarīja šādu haosu.

Horizontālā nodošana

Ivanceviča pētījums atklāja, ka ir divas lēkšanas junk DNS sekvences, kuras var izsekot plašā sugu klāstā, ko sauc par BovB un L1. Pētnieki šos modeļus sauc par transponējamiem elementiem (TE), jo viņi paši “kopē un ielīmē” nejauši visā govju dzīvniekiem no govīm, govīm, cilvēkiem. Šo dīvaino procesu, kurā TE ielauž citu sugu ģenētisko materiālu, sauc par horizontāla pārvietošana.

Mūsu standarta izpratne par reproducēšanu ir aprakstīta vertikālā pārsūtīšana, pieņēmums, ka vairums ģenētisko materiālu parasti tiek nodoti no vecākiem uz bērnu.

Uzzīmējot ģimenes koku, parasti bērnus velk zem viņu vecākiem, un tādā veidā gēni mēdz kristies kopā ar paaudzēm. Bet daži TEs pārvietojas horizontāli pāri dzīvības kokam, "izlēkt" no viena organisma DNS uz otru, izmantojot vēstnesi, ko sauc par "vektoru". Zinātnieki pilnībā nesaprot, kā process darbojas starp sugām, bet viņiem ir pārsteigums par to, kas varētu būt vektori.

Daži organismi, tāpat kā baktērijas, ir ļoti labi gēnu horizontālā pārnesei un bieži to dara dabiski, bez vektora. Dzīvnieki nevar to darīt, bet tie var būt inficēti baktērijas, kas var darboties kā vektori. Pētījumā ir ierosināti daži iespējamie kandidāti šajā ziņotāja lomā, tostarp gultas bugs, ērces un sēklinieki, un tajā ir izvirzīti arī daži potenciālie ūdens vīrusa radījumi, piemēram, austeres un jūras tārpi. Šie vektori, visticamāk, pārvietoja divus nevēlamās DNS sekvences BovB un L1 pāri dažādām sugām.

Kas ir patiešām interesanti, kas notiek, kad DNS nonāk tur. Pēc pārvešanas notikuma, Ivancevičs un viņas komanda parāda, ka DNS var ātri atkārtoties. Piemēram, tiek uzskatīts, ka BovB pirmoreiz radās čūskās un pēc tam „paugurējās” uz govīm, izmantojot horizontālus pārneses notikumus pirms miljoniem gadu, kad tā atkārtojās vairākas reizes. Padomājiet par to kā standarta kopēšanas un ielīmēšanas procesu, bet jūs atkal un atkal noklikšķināt uz kontroles-V.

„Man vislielākais pārsteigums nebija pārcelšana, bet ietekme uz saimniekorganisma genomu pēc nodošanas,” saka Ivancevičs. “Tagad BovB aizņem aptuveni 25% no govs genoma sekvences. Tā ir milzīga pārmaiņa! ”

Meklējat lielus lēcienus

Lai redzētu, cik lielā mērā dzīvības koks ir infiltrējies, Ivancevic komanda pētīja 759 sugu genomas. Viņi atrada BovB secību dzīvniekos, kas bija tālu saistīti kā čūskas, govis, jūras zirņi, sikspārņi un zirgi (lai gan sikspārņiem un zirgiem bija maz pilnīgu BovB secību). Šķiet, ka L1 secība ir vēl izplatītāka. Lai gan 79 sugām bija BovB sekvences, 559 sugām bija L1 sekvences. Vēsturiski tika uzskatīts, ka L1 tiek pārnests tikai vertikāli, tāpēc L1 secības atrašana šajās atšķirīgās sugās bija izrāviens.

BovB vienmēr ir ieinteresējis pētniekus, jo tas padara “lielus lēcienus” starp tālu saistītām sugām, sniedzot pierādījumus tam, ka notika kāda veida horizontāla pārnešana. Taču iepriekšējā analīze parādīja tikai dažus gadījumus, kad L1 sekvences veica šos lielos lēcienus, kā rezultātā pētnieki secināja, ka L1, iespējams, bija tikai vertikāli.

Ieviešot plašāku tīklu, Ivanceviča komanda parādīja, ka ir bijis vairāk genoma lēcienu, nekā mēs reiz domājām. “Dzīvnieku, augu un sēnīšu izmantošana patiešām palīdzēja pēc iespējas vairāk genomu pārbaudīt. Nav daudz pētījumu, kas meklē pārrobežu pārnesi lielā mērogā, ”viņa saka.

Konstatējums, ka L1 ir 559 sugās, bija pārliecinoši pierādījumi tam, ka L1s bija veikuši šos lielos lēcienus. Komanda norāda uz sešiem iepriekš neatrastiem L1 “lēcieniem” jūras sugās pirms miljoniem gadu, jo tas bija iespējamais tramplīns šai nevēlamajai gēnai, lai iekļūtu sugu DNS pilnīgi atsevišķās karaļvalstīs.

Viņi raksta, ka viens no šiem horizontālajiem notikumiem varēja novest L1 secību senajā “teriāna” zīdītāju - dzīvnieku, kas nenovieto olas - senču laikā no 160 līdz 191 miljoniem gadu. No turienes secība varētu tikt nodota vertikāli visiem šo seno dzīvnieku pēcnācējiem, tostarp, iespējams, cilvēkiem. Lai gan L1 ir galvenokārt fragmentēts un neaktīvs cilvēkiem, tas joprojām veido 17 procentus no mūsu genoma.

Šādi secinājumi parāda, kā pat mazākie spēki var pārveidot evolūciju. Iespējams, ka pirms miljoniem gadu viens no mūsu tālākajiem senčiem nonāca pie jūras mājokļa bojājošā kaitēkļa - varbūt tā bija jūras tārps - un kaut kādā veidā saņēma nejaušu DNS injekciju. Tagad, miljoniem gadu vēlāk, šīs izmaiņas paliek mūsos, un mēs joprojām saprotam, kādas funkcijas viņi spēlē.

„Tas parāda, cik daudz nejaušu DNS apmaiņu var veidot mūsu evolūciju,” saka Ivancevičs.