Кишечник насекомого может показаться негостеприимным местом для поселения, но, тем не менее, там обитают разнообразные микробы. Тем не менее, в кишечнике происходит борьба за питательные вещества, необходимые для выживания, между резидентными бактериями и грибками, не говоря уже о насекомых.
Таким образом, любое преимущество в очистке основных минералов, таких как железо, дает импульс. Миллионы лет назад одна дрожжевая клетка получила именно такой импульс.
Эти дрожжи высосали множество генов из бактерии. Эти гены дали дрожжам возможность производить молекулы, захватывающие железо для клетки. Благодаря этому новообретенному преимуществу эта единственная клетка в конечном итоге разделилась на несколько видов дрожжей, многие из которых сегодня называют домом кишки насекомых.
Эти гены прибыли как пакет, семь генов выстроились вместе как единое целое. Обычные для бактерий, но редкие для грибов, эти пакеты нескольких генов, которые функционируют вместе, известны как опероны. Высасывание этими дрожжами бактериального оперона, улавливающего железо, является одним из самых ярких случаев переноса генов из бактериального домена в такие организмы, как грибы, - искривление одной ветви на древе жизни, чтобы пожертвовать генетический материал целому. отдельная ветка.
Профессор генетики Университета Висконсин-Мэдисон Крис Тодд Хиттингер и его лаборатория сообщают об этом переносе генов в выпуске журнала Cell от 7 марта и в Интернете 21 февраля. Работу возглавляли научный сотрудник с докторской степенью Яцек Коминек и аспирант. Дрю Деринг с сотрудниками в Северной Америке, Китае и Нидерландах.
В рамках проекта Y1000+ по секвенированию геномов более 1000 видов дрожжей Коминек и Деринг искали гены, которые позволяют производить молекулы, удаляющие железо. Эти гены раньше не встречались у дрожжей.
"Тогда есть куча видов, которые, кажется, имеют этот бактериальный путь. Наша первая мысль была: это ошибка?" говорит Коминек. "Поэтому мы начали копать глубже. И мы обнаружили, что гены расположены рядом друг с другом. Они вовлечены в один и тот же процесс. И они произошли от бактерий. Это было неожиданной находкой".
Такие генетические переносы от прокариотических бактерий к эукариотам, таким как грибы, наблюдались и раньше, но не так часто. Они известны как горизонтальные переносы генов, потому что вместо вертикального перемещения между поколениями гены перемещаются боком между неродственными организмами. И некоторые ученые по-прежнему скептически относятся к тому, что этот перенос генов вообще происходит внутри эукариот, организмов с ядрами, которые включают растения и животных в дополнение к грибам.
Обнаружение семи генов, переданных от бактерий к дрожжам за один раз, было захватывающим для исследователей - это может быть очевидным случаем междоменного горизонтального переноса генов. Если это так, то это был не просто один ген, а множество генов, придающих сложный новый признак. Однако такой геномный детрит, перемещаемый между клетками, может в течение миллионов лет деградировать до тех пор, пока не перестанет функционировать.
Итак, Деринг спросил, работает ли еще способ удаления железа. Он обнаружил, что гены действительно все еще активны и способны производить конечный продукт пути. Чтобы проверить, могут ли дрожжи использовать бактериальный путь для очистки от железа, он вырастил дрожжи в чашках Петри с красителем, который светится электрическим синим цветом, когда рядом находится железо. Горстка видов дрожжей убрала из своих чашек Петри достаточно железа, чтобы синий краситель стал оранжевым. Было ясно, что бактериальный путь сохранил свою функцию в дрожжах.
В ходе эволюции, по мере того как дрожжи расходились, они выработали свой собственный оперон по удалению железа. Дрожжи добавили контрольные эукариотические элементы ДНК, изменили экспрессию семи генов и даже добавили грибковые гены, которые также участвуют в очистке железа в середине оперона.
«У вас есть как бактериальные, так и эукариотические гены, взаимодействующие вместе, работающие рука об руку», - говорит Коминек. «Я думаю, это довольно примечательно».
Доказательства подтвердили не только то, что перенос гена произошел, но и четко показали, как новые гены помогли дрожжам адаптироваться.
«Идея участия эукариот в горизонтальном переносе генетического материала является относительно новой, и до сих пор есть люди, которые категорически против этого явления», - говорит Деринг. «И это отчасти потому, что нам не хватало этого явного хоум-рана. Поэтому я думаю, что одна из замечательных вещей в нашей газете - это хороший большой рекламный щит на песке о том, что это произошло, и есть все эти различные доказательства, которые поддерживают что это реально."
«Я думаю, что после двух десятилетий дебатов о том, реален ли эукариотический горизонтальный перенос генов или нет, надеюсь, это послужит одним из оправданий, чтобы наконец поверить в то, что говорят нам данные», - говорит Хиттингер, который также является членом Центр исследований биоэнергетики Великих озер, финансируемый Министерством энергетики США.
"Я надеюсь, что это исследование станет одним из последних гвоздей в крышку гроба", - говорит он.