На многие черты организма влияют сигналы из окружающей среды организма. Эти особенности известны как фенотипически пластичные черты и важны для того, чтобы позволить организму справляться с непредсказуемыми условиями окружающей среды.
Но какие генетические механизмы лежат в основе этих признаков?
Дженнифер Бриссон, адъюнкт-профессор биологии в Университете Рочестера, и ее бывший постдокторант Бенджамин Паркер, ныне доцент кафедры микробиологии в Университете Теннесси, изучали фенотипически пластичные признаки у гороховой тли и обнаружили, для во-первых, гены, которые влияют на то, производят ли тли бескрылое или крылатое потомство в ответ на окружающую среду. В новой статье в журнале Current Biology исследователи проливают свет на то, как эволюционируют фенотипически пластичные черты, и поднимают критические вопросы об эволюции черт, чувствительных к окружающей среде.
Гороховая тля - насекомое, которое быстро размножается и обычно дает потомство, не имеющее крыльев. Как известно многим садоводам, тля может быстро подавить и убить растения-хозяева, на которых они живут и питаются. Когда окружающая среда становится слишком тесной с другими тлями, самки начинают производить потомство с крыльями, а не с типичным бескрылым потомством. Затем крылатое потомство может летать и колонизировать новые, менее густонаселенные растения.
«Тля проделывает этот трюк миллионы лет», - говорит Бриссон. «Но некоторые тли более чувствительны к скоплению людей, чем другие. Выяснение того, почему это является ключом к пониманию того, как работает этот хрестоматийный пример фенотипической пластичности».
Исследователи использовали методы эволюционной генетики и молекулярной биологии, чтобы идентифицировать гены, определяющие степень реакции тли на скученность. Удивительно, но обнаруженные ими гены принадлежат вирусу, который затем был включен в геном тли. Вирус из группы вирусов насекомых, называемых денсовирусами, заставляет своего хозяина производить потомство с крыльями. Исследователи полагают, что вирус делает это для того, чтобы облегчить собственное распространение. Как обнаружили Бриссон и Паркер, ген вируса сохранил ту же функцию образования крылатого потомства даже после того, как он был перенесен и включен в геном тли.
«Это новая роль для вирусных генов, которые используются геномом для других целей, таких как модулирование пластических фенотипов», - говорит Паркер. «Микробные гены могут быть включены в геномы животных, и этот процесс важен для эволюции».
ДНК, переносимая в основном латерально - ДНК, унаследованная от других организмов, таких как вирусы, - не экспрессируется своими хозяевами, потому что быстро инактивируется или уничтожается. Однако у большинства организмов - даже у человека - есть примеры, когда геномы кооптируют гены латерально; у людей, например, ген, создающий мембрану между плацентой и плодом, был заимствован из ретровируса.
Бриссон и Паркер обнаружили явный случай, когда гены извне организма были кооптированы геномом организма для изменения силы пластической реакции на сигналы окружающей среды. Таким образом, микробные гены, такие как гены вирусов, могут играть важную роль в эволюции насекомых и животных, говорит Бриссон. «Даже в древних признаках, подобных изучаемому здесь, новые гены могут начать играть роль в формировании пластических признаков и могут помочь организмам справиться с непредсказуемым миром».