Биологи выяснили, что растение-паразит «ворует» гены у деревьев-хозяев
Международная группа биологов из Национального университета Куйо (Аргентина) опубликовала результаты многолетнего наблюдения за растением-паразитом Lophophytum. Этот вид не только питается соками других деревьев, но, как оказалось, еще и активно внедряет в свой генетический код фрагменты их ДНК. Исследование впервые доказало, что этот биологический механизм возможен у высших растений. Ранее перенос генов был известен только у бактерий и микробов. Статья опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B.
Что такое горизонтальный перенос генов
Вопреки классическим представлениям о том, что гены передаются исключительно по наследству, в природе существует механизм горизонтального переноса генов (ГПГ), при котором обмен генетическим материалом происходит между неродственными видами. Ранее такое явление фиксировали в основном у бактерий и одноклеточных. Работа аргентинских ученых доказывает, что этот процесс может встречаться и у высших растений.
Объектом изучения стал голопаразит Lophophytum, полностью утративший способность к фотосинтезу. Все необходимое для жизни — воду, минералы и энергию — он извлекает из корневых систем деревьев-доноров. Исследователи под руководством Марии Вирджинии Санчес-Пуэрты секвенировали митохондриальные геномы двух разновидностей этого растения (L. mirabile и L. pyramidale) и сравнили их с ДНК растений, служивших им хозяевами.
«Мы провели сравнительную геномику и филогенетический анализ, чтобы выяснить происхождение регуляторных областей чужеродных генов, — поясняет исследовательница. — Нам было важно понять, являются ли промоторы, управляющие их экспрессией, родными или тоже заимствованными».
Значительная часть митохондриальной ДНК паразита оказалась заимствованной. При этом чужеродные гены активно работают, вытесняя исконные версии. Ученые задались вопросом: как растению-реципиенту удалось преодолеть естественные биологические барьеры, мешающие передаче «вражеского» генетического материала?
Как произошло заимстование генов
Анализ РНК и филогенетические исследования показали, что Lophophytum удалось обойти сложные механизмы ядерной регуляции. Чужеродные гены начали функционировать автономно, используя собственные внутриклеточные ресурсы паразита, без участия управляющих сигналов со стороны ядра клетки. При этом естественный отбор, как выяснилось, благоприятствовал тем вставкам, которые сохранили «родные» промоторы, — участки ДНК, запускающие процесс считывания гена — и требовали минимального редактирования РНК.
Это открытие дает ключ к пониманию того, как виды могут обмениваться полезными мутациями. В ближайших планах коллектива — проверка гипотезы о так называемом «кольцевом переносе», согласно которой фрагменты чужой митохондриальной ДНК замыкаются в кольцевые структуры внутри клетки-хозяина, что позволяет им самостоятельно реплицироваться.
