Перенос генов древних бактерий дал современным насекомым эволюционные преимуществаПеренос генов древних бактерий дал современным насекомым эволюционные преимущества
Гены, взятые во временное пользование на сотни миллионов лет, могут обеспечивать некоторым видам насекомых эволюционные преимущества.
К такому выводу пришли исследователи из Чжэцзянского университета (Китай) и Университета Вандербильта (США), изучившие геномы 218 видов насекомых. Исследование, опубликованные в журнале Cell, показало, что сотни генов были переданы современным насекомым в результате переноса генов из разных биологических царств - преимущественно от бактерий, а также растений, вирусов и других простейших организмов. Это последнее открытие из растущего числа исследований о том, как гены приносят эволюционную пользу видам, когда они переходят от организмов к организмам посредством горизонтального переноса генов (ГПГ).
Именно процесс ГПГ, по мнению соавтора работы, эволюционного биолога Ксинг-Ксинг Шена, позволил большому количеству генетической информации перейти от растений и микробов к насекомым. Шен считает, что это дало насекомым ряд характеристик, которые оптимальны для их выживания - от преимуществ в питании и росте до адаптации к окружающей среде. "Предыдущие исследования показали, что горизонтальный перенос генов мог способствовать биоразнообразию насекомых", - говорит Шен. "Но никто не знал, насколько большую роль он играет в этом процессе, и поскольку для нашего анализа было доступно большое количество высококачественных геномов насекомых, я подумал, что сейчас самое подходящее время для систематического изучения того, насколько распространен ГПГ у насекомых".
Исследователи изучили геномы представителей 11 богатых видами порядков насекомых, включая 68 Hymenoptera (к которым относятся муравьи, пчелы и осы), 62 Diptera (мухи), 39 Lepidoptera (бабочки и мотыльки), 19 Coleoptera (жуки) и Hemiptera (настоящие жуки), четыре Blattodea (тараканы), два Thysanoptera (трипсы), два Ephemeroptera (майские мухи), и по одному из порядков Orthoptera (кузнечики и сверчки), Phthiraptera (вши) и Siphonaptera (блохи).
Они обнаружили многочисленные случаи горизонтального переноса генов от бактерий, грибов, растений и вирусов. Шен и его коллеги выявили, что наибольшее число переносов генов (в среднем 16 генов на вид) было у бабочек и мотыльков. Источником большинства переносов были бактерии, хотя они обнаружили, что у некоторых видов, таких как тигровый комар (Aedes albopictus), они происходили из растений, а у муравьев (Nylanderia fulva) - от грибов.
"Везде, где мы искали, происходили события ГПГ, однако мы не понимаем, полезны ли эти переносы генов для насекомых и даже не знаем функций большинства этих генов", - объясняет Шен. Чтобы понять функции этих чужеродных сиквенсов, Шен и коллеги решили удалить один из них - ген LOC105383139, который был перенесен от листерий общему предку мотыльков и бабочек около 300 миллионов лет назад и неоднократно оказывался самым распространенным в исследованных геномах.
Исследователи удалили этот ген из ДНК капустной моли (Plutella xylostella) и обнаружили, что спаривающиеся пары, у которых ген был нокаутирован, давали меньше жизнеспособного потомства, чем те, у которых он не был изменен. "Затем мы обнаружили, что этот ген влияет на поведение самцов при ухаживании", - говорит Шен. "Этот ген был горизонтально привнесен почти во всех мотыльков и бабочек от донора из бактериального рода Listeria, и мы увидели, что мотыльки, лишенные этого гена, не способны производить достаточно много жизнеспособных яиц".
Учитывая, что капустная моль - известный вредитель овощных культур, авторы планируют изучить, может ли нокаутирование LOC105383139 быть полезным в борьбе с сельскохозяйственными вредителями.
