'Скакање теорије еволуције у генима' са ДНК подељеним широм врста

ДНК обично воли да прати правила. Праменови ДНК се копирају помало верно, а копије се преносе од родитеља до потомства, чиме се покреће еволуција какву познајемо. Али, према новим проценама, педесет процената вашег генома је такође састављено од одметнуте ДНК која воли да скаче са врсте на врсту. Овај ДНК, истраживачи пишу у а Геноме Биологи чланак објављен у понедјељак, насумично се убацио у скоро сваки геном на овој планети кроз еволуцију живота. То су све што је остало од низа мистериозних догађаја пре милионима година.

Др Атма Иванчевић, истраживач постдокторске неурогенетике и биоинформатике и водећи аутор рада, почео је своју студију настојећи да објасни зашто се иста скитница ДНК може наћи у животињама једнако различитим од морских јежинаца и људи. Утврђено је да већина врста на Земљи има велику количину генетског материјала - вероватно сте чули да људи деле отприлике 99% наше ДНК са чимпанзама - али ови гени су различити, каже Иванчевић.

„Скакачки гени“ заправо нису гени; они су некодирајући делови "јунк ДНА", каже она Инверсе у е-поруци. "Размишљајте о њима као о генетским паразитима, скакање по геному како би себично реплицирали, а понекад и скакање између врста."

У протеклих неколико година почели смо да разумемо функцију ових преварантских делова ДНК, али још увек не знамо тачно шта раде. То је мистерија иза скакачких гена: Они су крушне мрље ДНК трага, разбацане по дрвету живота. Сада, захваљујући овом документу, можда ћемо коначно сазнати како су направили такав неред.

Хоризонтални трансфер

Истраживање Иванчевића открило је да постоје две секвенце скакаве јунк ДНА које се могу пратити кроз широк спектар врста, назван БовБ и Л1. Истраживачи ове обрасце називају транспозитивним елементима (ТЕс) зато што се сами "копирају и залијепе" насумично у генима животиња од морских јежева, до крава, људи. Овај чудни процес, у коме ТЕ напада на генетски материјал друге врсте, назван је хоризонтал трансфер.

Наш стандардно разумевање репродукције је описано вертикални пренос, претпоставка да се већина генетског материјала обично преноси са родитеља на дијете.

Када нацртате породично стабло, обично цртате децу испод њихових родитеља, и на неки начин, гени имају тенденцију да падају генерацијама на тај начин. Али неки ТЕ се крећу хоризонтално преко дрвећа живота, "скакање" са ДНК једног организма на други кроз гласника који се зове "вектор". Научници не разумију потпуно како процес функционише између врста, али имају предосећај о томе шта би вектори могли бити.

Неки организми, као што су бактерије, заиста су добри у хоризонталном преносу гена и често то чине природно, без вектора. Животиње то не могу, али могу бити заражене бактерије, које онда могу да делују као вектори. Овај рад указује на неколико вјероватних кандидата за ову улогу гласника, укључујући штеточине, крпеље и скакавце, а такође именује потенцијална створења водених вектора, попут острига и морских црва. Ови вектори су вероватно преселили два бита секвенци безвредне ДНК, БовБ и Л1, преко врста.

Оно што је заиста занимљиво је шта се дешава када ДНК стигне тамо. Након што се догоди трансферни догађај, Иванчевић и њен тим показују, ДНК се може брзо реплицирати. На пример, верује се да је БовБ први пут настао у змијама, а затим да је „скочио“ на краве преко хоризонталних преноса пре више милиона година, где је поновљено више пута. Размислите о томе као да радите стандардни цопи-анд-пасте, само ви поново и поново притиснете цонтрол-В.

„За мене је најневероватније да се не ради о трансферу, већ о ефектима на геном домаћина након трансфера“, каже Иванчевић. „Сада БовБ заузима око 25% секвенце крављег генома. То је огромна промена!"

Тражим Биг Јумпс

Да би се видјело колико су ове секвенце продрле у дрво живота, Иванчевићев тим је истражио геноме 759 врста. Сматрали су да је секвенца БовБ код животиња тако удаљена као змије, краве, морски јежеви, слепи мишеви и коњи (иако су шишмиши и коњи имали мали број комплетних секвенци БовБ). Л1 секвенца је изгледала још преовлађујуће. Док је 79 врста имало секвенце БовБ, 559 врсте су имале Л1 секвенце. Историјски, за Л1 се веровало да се преноси само вертикално, тако да је проналажење Л1 секвенце код ових различитих врста био пробој.

БовБ је одувек заинтригирао истраживаче, јер прави "велике скокове" између удаљених сродних врста, пружајући доказе да је дошло до неке врсте хоризонталног трансфера. Међутим, претходна анализа је само показала неколико случајева у којима су Л1 секвенце направиле ове велике скокове, што је навело истраживаче да закључе да се Л1 вероватно преносио само вертикално.

Бацањем шире мреже, Иванчевићев тим је показао да је било више геномских скакања него што смо некада мислили. „Употреба животиња, биљака и гљива је заиста помогла да се са тренутним подацима прикаже што је могуће више генома. Нема много студија које трагају за транс-краљевским преносом у великом обиму “, каже она.

Налаз да су Л1 присутни у 559 врста је био доказ да Л1с имао направио ове велике скокове. Тим указује на шест претходно неоткривених "скокова" Л1 у морским врстама пре неколико милиона година као могућу одскочну даску за овај генетски отпад да унесе ДНК врста у потпуно одвојена краљевства.

Они пишу да је један од ових хоризонталних догађаја могао да избаци секвенцу Л1 у древног претка “тхериан” сисара - животиња које не полажу јаја - између 160 и 191 милиона година. Одатле, секвенца је могла да се преноси вертикално свим потомцима тих древних животиња, укључујући, можда, људе. Док је Л1 углавном фрагментиран и неактиван код људи, он и даље чини 17% нашег генома.

Овакви налази илуструју како чак и најситније силе могу да преобликују еволуцију. Можда је, пре милион година, један од наших најудаљенијих предака упао у сукоб са штеточином крви која је стајала у мору - можда је то био морски црв - и некако је добио ињекцију случајног ДНК. Сада, милиони година касније, те промене остају у нама, и још увек утврђујемо које улоге играју.

"То показује колико насумичне ДНК размјене могу обликовати нашу еволуцију", каже Иванчевић.