Тараканы хранили секрет своей ДНК на протяжении миллионов лет

Фото из открытых источников

Тараканы, как правило, считаются существами, способными выживать в любых условиях, отчасти благодаря своей ДНК, которая может кодировать всевозможные полезные механизмы выживания, от нейтрализации токсинов до регенерации конечностей.

Теперь же исследование, проведенное учеными из Сиднейского университета, по-новому взглянуло на геном таракана и обнаружило нечто довольно неожиданное. Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Похоже, эти насекомые заимствовали огромное количество ДНК у совершенно другого вида.

Речь идёт о бактерии Blattabacterium cuenoti, ранее известной тем, что она обитает внутри тараканов и помогает в круговороте азота, но ранее неизвестная о том, что она передаёт своему хозяину десятки тысяч фрагментов ДНК.

Перенос генов между видами технически называется горизонтальным переносом генов (ГПГ) и часто наблюдается у бактерий и микроорганизмов.

Хотя существуют свидетельства его наличия и у сложных животных и растений (эукариот), ранее считалось, что это явление встречается гораздо реже.

«Мы выявили многочисленные химерные вставки, состоящие из девяти коротких сегментов, расположенных в разных местах генома B. cuenoti», — пишут исследователи. «Наши результаты указывают на повсеместное горизонтальное перемещение генов в геномах эукариот, что может иметь далеко идущие последствия для адаптации и видообразования».

Исследователи проанализировали полные геномы 18 видов тараканов и термитов. Термиты и тараканы тесно связаны между собой и имеют общих предков, но когда они отделились друг от друга на эволюционном генеалогическом древе, большинство термитов утратили вид B. cuenoti.

В отличие от большинства подобных исследований, проведенных до настоящего времени, анализ включал поиск более мелких некодирующих фрагментов ДНК, которые не участвуют в синтезе белков, — фрагментов, которые были упущены из виду при предыдущих исследованиях, направленных на поиск более сложной ДНК.

В результате поиска было обнаружено в общей сложности 40 485 фрагментов ДНК B. cuenoti, от 93 до 4900 в зависимости от вида насекомого. До настоящего времени максимальное количество горизонтальных переносов генов, обнаруженных у эукариот, составляло менее 300.

Более того, некоторые из этих фрагментов, по всей видимости, относятся к самому началу эволюции тараканов.

«Некоторые вставки, по-видимому, сохранялись в этой группе в течение ≥28,7 миллионов лет, что может отражать их функциональную роль», — пишут исследователи.

В то время как гены обычно передаются из поколения в поколение, горизонтальный вариант происходит, когда клетки разных видов находятся в очень тесном контакте — в данном случае, клетки таракана поглощают отдельные кусочки B. cuenoti.

Для эукариота, осуществляющего поглощение, это может означать, что геном со временем становится более универсальным и устойчивым, приобретая некоторые молекулярные возможности, которых у него иначе не было бы.

Однако важно подчеркнуть, что исследователи пока не знают, какое воздействие оказывают эти перенесенные фрагменты ДНК на тараканов, если вообще оказывают – они могут даже наносить незначительный вред, но недостаточно сильный, чтобы эволюционные процессы привели к их удалению.

«Сохранение многочисленных вставок на протяжении миллионов лет указывает на то, что они могли выполнять функциональные роли как в генах, так и в межгенных областях, быть фактически нейтральными или оказывать лишь незначительное вредное воздействие», — пишут исследователи.

По мере совершенствования методов анализа и углубления научных знаний мы начинаем наблюдать довольно много примеров горизонтального переноса генов, выходящих за рамки обычных подозреваемых бактерий и микроорганизмов.

Это исследование показывает, что предстоит еще многое открыть. Многие другие животные имеют симбиотические отношения с бактериями, поэтому это может происходить в гораздо больших масштабах, чем кто-либо предполагал ранее.

Однако, помимо распространения своих исследований на другие виды, ученые также хотят глубже изучить геном таракана, чтобы выяснить, выполняют ли какие-либо из этих 40 485 заимствованных фрагментов ДНК какую-либо полезную функцию.

«Наши результаты показывают обширный горизонтальный перенос ДНК от прокариотических симбионтов к эукариотам», — пишут исследователи. «Дальнейшие исследования тараканов и других видов, содержащих облигатных эндосимбиотических прокариот, помогут выявить любые функциональные эффекты вставок, что позволит получить более полное понимание того, как горизонтальный перенос генов влияет на эволюцию генома».