Журнал Кванта

27 октября 2022 г.

Ген, возникший у змей, неоднократно преодолевал видовой барьер и попадал в лягушек по всему миру. Исследователи пытаются понять, почему на Мадагаскаре это происходило гораздо чаще, чем где-либо еще.

Идиомы Фахми

Соавтор

27 октября 2022 г.

Крошечная золотая лягушка мантелла, сидящая на листе в тропическом лесу, таит в себе тайну. Он разделяет этот секрет с лягушкой с раздвоенным языком, тростниковой лягушкой и множеством других лягушек, обитающих в холмах и лесах островного государства Мадагаскар, а также с удавами и другими змеями, которые на них охотятся. На этом острове, многие виды животных которого больше нигде не встречаются, генетики недавно сделали удивительное открытие: в геномах лягушек присутствует ген BovB, который, по-видимому, произошел от змей.

Изучив геномы видов лягушек и змей по всему миру, ученые сообщили в апреле в статье в журнале Molecular Biology and Evolution, что этот ген каким-то образом путешествовал от змей к лягушкам по меньшей мере 50 раз по всей планете. Но на Мадагаскаре он проник в лягушек с поразительной распущенностью: он есть у 91% видов лягушек, отобранных там. Кажется, что-то делает Мадагаскар исключительно благоприятным местом для того, чтобы этот ген стал мобильным.

Когда Ацуши Курабаяши, доцент Института биологических наук и технологий Нагахама и старший автор новой статьи, впервые увидел змеиную версию гена у лягушек, он был озадачен. Он спросил об этом коллегу, специализирующегося на геномике, и тот тут же закричал: «Это, должно быть, горизонтальный перенос!» — передача гена от одного вида к другому в отличие от вертикального наследования генов ребенком от родителя.

Эта вспышка привела Курабаяши на след явления, которое когда-то считалось чрезвычайно редким, хотя появление более качественного секвенирования генома заставило биологов переоценить это мнение. И эта новая статья, которая показывает, что горизонтальный перенос генов в некоторых местах может быть более вероятен, чем в других, еще больше усложняет ситуацию. Это предполагает, что в поисках объяснения горизонтальных переносов исследователям, возможно, придется выйти за рамки простых генетических механизмов и обратить внимание на экологический контекст, в котором живут виды. Геномисты все еще пытаются понять, насколько распространены или редки горизонтальные переносы в сложных организмах, но некоторые места, такие как Мадагаскар, могут быть для них «горячими точками».

Получите журнал Quanta Magazine на свой почтовый ящик

Исследователи подозревают, что вариант гена BovB, обнаруженный у удавов (в центре) и других змей на Мадагаскаре, может быть особенно пригоден для горизонтального переноса. Раскрашенная тростниковая лягушка (вверху) и золотая лягушка-мантелла (внизу) — два из многих видов лягушек, которые приобрели BovB.

(сверху) Бернар Дюпон; рептилии4все; Владимир Врангель

Исследователи подозревают, что вариант гена BovB, обнаруженный у удавов (в центре) и других змей на Мадагаскаре, может быть особенно пригоден для горизонтального переноса. Раскрашенная тростниковая лягушка (слева) и золотая лягушка-мантелла (справа) — два из многих видов лягушек, которые приобрели BovB.

(слева направо) Бернар Дюпон; рептилии4все; Владимир Врангель

Горизонтальный перенос является обычным явлением у бактерий. Многочисленные одноклеточные организмы, населяющие почти все уголки планеты, собирают гены из окружающей среды так же легко, как щетка для ворса собирает кошачью шерсть. Это одна из причин, почему устойчивость бактерий к антибиотикам широко распространена: защитные гены легко передаются, а естественный отбор гарантирует, что устойчивые бактерии вытеснят своих соседей и передадут свои гены следующему поколению. Бактерии настолько легко обмениваются генами, что некоторые ученые даже предположили, что бактерии образуют паутину родственных форм жизни, а не ветвящееся генеалогическое древо.

Однако клетки эукариотических организмов, таких как человек, лягушка и змея, отличаются. Их клеточное ядро ​​обычно кажется крепостью, защищающей геном. ДНК тщательно сворачивается и хранится в библиотеке этой цитадели, где ферменты вызывают только те гены, которые им необходимо исследовать в любой момент времени. Клетка оснащена средствами защиты, предотвращающими повреждение ее ДНК и восстанавливающими износ. Если геном подобен бесценной иллюстрированной рукописи, то его библиотекари носят мечи.