Рекорд горизонтального переноса: внутри тараканов найдено в 10 раз больше чужой ДНК, чем считалось возможным

В мире генетики долгое время считалось, что обмен наследственной информацией между неродственными организмами – удел преимущественно бактерий и простейших. Однако масштабное исследование, проведенное международной группой ученых и опубликованное в престижном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, переворачивает это представление. Ученые обнаружили, что геномы обычных тараканов буквально пронизаны тысячами фрагментов чужеродной ДНК, которая была перенесена от их постоянных бактериальных симбионтов. Этот перенос, формально известный как горизонтальный перенос генов, оказался не случайным эпизодом, а массовым и долгосрочным явлением, которое продолжается на протяжении миллионов лет эволюции насекомых.

Суть открытия заключается в том, что исследователи впервые столь детально изучили не только крупные белок-кодирующие участки, но и мельчайшие, некодирующие обрывки бактериальной ДНК, которые ранее попросту игнорировались как генетический «мусор».

Объектом изучения стали тараканы и их обязательные внутриклеточные партнеры – бактерии Blattabacterium cuenoti, которые живут в специальных клетках насекомых и находятся в теснейшем контакте с ядерной ДНК хозяина, особенно на этапе формирования яйцеклеток.

Ученые разрезали бактериальные геномы на короткие фрагменты и с помощью современных методов секвенирования сравнили их с восемнадцатью полными геномами различных видов тараканов, отыскивая совпадения длиной не менее пятидесяти пар оснований. Результат превзошел все ожидания: в общей сложности было идентифицировано 40 485 бактериальных вставок, причем их количество на один вид колебалось от 93 до почти пяти тысяч.

Особенно поразительными оказались данные по некоторым австралийским роющим тараканам, в геномах которых насчитали более трех тысяч таких вставок на особь – это более чем в десять раз превышает предыдущий рекорд среди всех многоклеточных эукариот, за исключением крошечных коловраток.

Примечательно, что эти чужеродные куски ДНК не скучены в одном месте, а хаотично рассеяны по всем хромосомам, что указывает на множество независимых событий переноса, происходивших в разное время. Более того, команда ученых доказала, что эти вставки передаются из поколения в поколение вертикально – от родителей к потомству. Некоторые из них настолько древние, что уходят корнями в глубокую эволюционную историю тараканов и сохраняются в определенных линиях как минимум 29 миллионов лет.

Главный вопрос, который встал перед исследователями: зачем насекомым хранить этот генетический «багаж» и полезен ли он? Сохранение генных вставок на протяжении десятков миллионов лет говорит о том, что они либо приносят пользу, либо являются нейтральными, либо настолько слабовредными, что естественный отбор не тратит силы на их удаление.

Чтобы проверить это, ученые прибегли к РНК-секвенированию и выяснили, что подавляющее большинство вставок – от 91 до 95 процентов – остаются «молчащими» и не транскрибируются. Однако оставшиеся несколько процентов все же активно считываются в РНК и даже встраиваются в экзоны, кодирующие участки генов, что намекает на их потенциальную функциональную роль. Кроме того, многие вставки оказались химерными, то есть сшитыми из далеких друг от друга участков бактериального генома, что говорит о сложных и пока малоизученных процессах клеточной репарации ДНК.

В итоге, работа демонстрирует, что горизонтальный перенос генов у сложных организмов происходит гораздо чаще, чем предполагалось ранее, и его истинные масштабы начинают открываться только сейчас, с появлением новых технологий чтения генов.

Авторы подчеркивают, что их открытие лишь верхушка айсберга, и будущие исследования на тараканах и других эндосимбиотических системах помогут понять, влияют ли эти бесчисленные микровставки на физиологию, поведение или адаптивные способности хозяев. Пока же ясно одно: геном таракана – это не статичная библиотека наследственных инструкций, а динамичная мозаика, где на протяжении миллионов лет переплетается собственная и «заимствованная» эволюционная история.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях