Новости и мнения

Кофе Пешт Гена Трансфер

Насекомое, изводящее кофейные растения, вероятно, получило свой переваривающий бобы ген от бактерии.

Горизонтальные или боковые переносы генов – обмен генетическим материалом между различными видами – относительно редки у животных и, когда они идентифицированы, они часто имеют неизвестное экологическое значение. Исследования, опубликованные сегодня (27 февраля) в Интернете в « Записках Национальной академии наук», показывают, что насекомое-вредитель, поглощающий кофе, имеет встроенный в ДНК бактериальный ген, который кодирует перевариваемый кофе белок.

«Что нового в этом случае, так это бактериальный ген, попадающий в насекомое, который фактически позволяет насекомому питаться новым источником пищи», – сказала Джули Даннинг Хотопп , геномист, изучающий латеральный перенос гена в Университете Мэриленда и не принимавший участия в исследовании. «Это ген, который был передан, и он функционален».

Жук- возбудитель кофейных ягод ( Hypothenemus hampei ) – это насекомое-вредитель, которое питается кофейными зернами, ежегодно принося убытки промышленности в размере около 500 миллионов долларов и затрагивая более 17 миллионов семей, занимающихся выращиванием кофе. Несколько лет назад группа исследователей из Cenicafé , Национального центра исследований кофе в Колумбии, связалась с Джоселин Роуз , биологом из Корнельского университета, чтобы выяснить, какие белки выделяются вредным организмом, который позволяет ему переваривать кофе.

Проверяя кишечник насекомого на наличие пищеварительных ферментов, Роуз обнаружил белок, похожий на маннаназу, фермент, обнаруженный в разных королевствах, который может расщеплять специфичные для кофе сахара. Но «у насекомых нет генов маннаназы», ​​- говорит Роуз. «Что было примечательно, так это то, что когда мы смотрели на последовательность генов, она выглядела как бактериальная последовательность».

Несмотря на сходство последовательностей с бактериальными генами, ген действительно демонстрировал некоторые отличительные признаки эукариот, такие как добавление поли-А-хвоста к полученной РНК и потеря последовательности Шайна-Дельгарно, прокариот-специфической последовательности, обнаруженной выше по течению от ген. Исследователи подтвердили, что ген не присутствовал из-за загрязнения кишечных бактерий, путем тщательного секвенирования областей по обе стороны от гена. Области фланкирования были эукариотическими транспозонами, кусочками ДНК, которые могут прыгать вокруг генома, а не бактериальными последовательностями, что указывало на то, что последовательность была не из бактерии, живущей в кишечнике.

Если бы ген действительно происходил из бактерии, это означало бы один из немногих случаев латерального переноса гена у животных.

Роуз и его команда также секвенировали этот же участок генома у сверток из кофейных ягод, собранных из 16 стран, и обнаружили, что ген присутствовал во всех из них, что позволяет предположить, что приобретение гена предшествовало его вторжению в качестве вредителя. Затем он собрал фермент из кишечника жука, чтобы показать, что он может разрушить кофейные зерна. Напротив, кишечные энзимы и белки от близкородственных видов жуков не могли переваривать кофе, предполагая, что они не несут маннаназу или родственные гены.

Но как жуки-доносчики приобрели ген, неясно. Роуз отметил, что одним из объяснений может быть наличие фланкирующих транспозонов. Однако «большая часть ДНК состоит из транспозонов, поэтому [ген] с большей вероятностью будет [вставлен] рядом с транспозоном» случайно, сказал Даннинг Хотопп. Кроме того, вставка генов в области транспозон-тяжелой ДНК с меньшей вероятностью «нарушит ген, необходимый организму», добавила она, предотвращая его быстрое удаление путем естественного отбора.

Независимо от механизма, доказательства как латерального переноса генов, так и экологической значимости являются убедительными, сказал Патрик Килинг , биолог-эволюционный биолог из Университета Британской Колумбии, который не принимал участия в исследовании. Тем не менее, «распределение фермента, подобного этому, имеет решающее значение для понимания любых экологических последствий». Поскольку секвенируются лишь немногие геномы насекомых, ученые просто не знают, насколько широко распространен этот фермент. Если секвенировать больше геномов насекомых, ген начнет «появляться повсюду, это может усложниться, может быть, действительно интересным способом», добавил он.

R. Acuña и др., «Адаптивный горизонтальный перенос бактериального гена в инвазивных насекомых-вредителей кофе», Труды Национальной академии наук , doi: 10.1073 / pnas.1121190109, 2012.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *