Связь на 30 млн лет: ученые обнаружили тысячи фрагментов чужеродной ДНК в геноме тараканов

Учёные обнаружили доказательства того, что тараканы, возможно, получили огромный объём ДНК от бактерий, обитающих в их организмах. Это открытие ставит под сомнение устоявшиеся представления о том, как часто генетический материал перемещается между различными видами, пишет ScienceAlert.

Исследовательская группа из Сиднейского университета изучила геномы тараканов и их близких родственников — термитов. Тараканы уже известны своей удивительной способностью выживать в суровых условиях, отчасти благодаря генетическим признакам, связанным с устойчивостью к токсинам и восстановлением тканей.

Однако исследователи обнаружили нечто неожиданное: десятки тысяч фрагментов ДНК, которые, по-видимому, происходят от бактериального вида под названием Blattabacterium cuenoti.

Давно известно, что эта бактерия обитает внутри тараканов и способствует переработке азота. До сих пор учёные не подозревали, что такое большое количество бактериальной ДНК могло попасть в геном тараканов.

Этот процесс известен как горизонтальный перенос генов (HGT), который происходит, когда генетический материал перемещается между видами, а не наследуется от родителей.

Горизонтальный перенос генов

HGT — распространенное явление среди бактерий и других микроорганизмов, но в целом считалось, что среди животных и растений оно встречается гораздо реже. Впервые его описали в Японии в 1959 году, а позже его изучали такие специалисты, как Майкл Сивянен, Рави Джайн, Мария Ривера и Джеймс Лейк.

Исследователи из Сиднейского университета отметили: "Мы обнаружили многочисленные химерные вставки, состоящие из до девяти коротких сегментов из различных участков генома B. cuenoti".

Они добавили, что их результаты свидетельствуют о широком распространении горизонтального переноса генов (HGT) в геномах эукариот и могут иметь важные последствия для адаптации и образования новых видов.

Команда проанализировала полные последовательности геномов 18 видов тараканов и термитов. Хотя эти две группы имеют общего предка, большинство видов термитов утратили связь с B. cuenoti в ходе своей эволюционной истории.

В отличие от многих предыдущих исследований, в данном исследовании также изучались небольшие некодирующие фрагменты ДНК. Эти фрагменты ДНК не кодируют белки и часто игнорировались в предыдущих геномных исследованиях.

Исследователи обнаружили 40 485 фрагментов ДНК B. cuenoti в геномах исследуемых насекомых. У некоторых видов было обнаружено от 93 до 4 900 фрагментов. До этой работы было зарегистрировано менее 300 случаев горизонтального переноса генов в любом эукариотическом организме.

Некоторые из этих фрагментов ДНК сохраняются в геномах тараканов уже не менее 28,7 миллиона лет.

Горизонтальный перенос генов отличается от обычного наследования. Вместо того чтобы ДНК передавалась от родителей к потомкам, генетический материал перемещается между неродственными видами, обитающими в тесном контакте.

В данном случае бактериальная ДНК, вероятно, попала в клетки тараканов в течение длительного периода сосуществования.

Учёные пока не знают, приносят ли эти заимствованные фрагменты ДНК тараканам какую-либо пользу. Некоторые из них могут выполнять полезные функции, тогда как другие — быть нейтральными или даже несколько вредными.

Исследователи отметили, что длительное сохранение этих вставных фрагментов указывает на несколько возможностей: они могли приобрести биологические функции, оказывать незначительное влияние или вызывать лишь незначительные недостатки, которые естественный отбор не устранил.

Последние достижения в области анализа геномов выявили больше примеров горизонтального переноса генов за пределами микроорганизмов. Это исследование свидетельствует о том, что данное явление может быть гораздо более распространенным, чем считалось ранее, особенно среди животных, которые взаимодействовали с бактериями в течение длительного периода времени.

Исследователи планируют продолжить изучение геномов тараканов и других видов, являющихся хозяевами бактериальных партнеров. Их цель — определить, влияет ли какой-либо из 40 485 фрагментов ДНК на биологические процессы.

Учёные отметили: "Будущие исследования тараканов и других видов, содержащих облигатные эндосимбиотические прокариоты, помогут выявить любые-либо функциональные эффекты этих вставок, обеспечив более всестороннее понимание того, как горизонтальный перенос генов формирует эволюцию генома".

Другие новости науки

• Кошек часто считают независимыми и отстранёнными домашними питомцами, с которыми не всегда получается найти общий язык. Однако учёные рассказали о на удивление простом способе завязать с ними разговор.
• Новое исследование дало ответ на распространённый вопрос: где лучше хранить шоколад? Часть людей считает, что в холодильнике, а другие предпочитают шкаф.