"Skakanje genske teorije evolucijske komplikacije s DNA dijeljenim u različitim vrstama."

DNK obično voli slijediti pravila. Pramenovi DNK kopiraju se pomalo vjerno, a kopije se prenose od roditelja do potomstva i tako potiču evoluciju kakvu poznajemo. No, prema novim procjenama, pedeset posto vašeg genoma je također sastavljeno od odmetnute DNA koja voli skakati s vrste na vrstu. Ovaj odmetnuti DNK, istraživači pišu u a Biologija genoma članak objavljen u ponedjeljak, nasumično se umetnuo u gotovo svaki genom na ovoj planeti kroz evoluciju života. To su sve što je ostalo od niza misterioznih događaja od prije milijun godina.

Dr. Atma Ivančević, istraživač postdoktorske neurogenetike i bioinformatike i glavni autor članka, započela je svoju studiju nastojeći objasniti zašto se ista skitnica DNK može naći u životinjama jednako različitim od morskih ježinaca i ljudi. Utvrđeno je da većina vrsta na Zemlji ima veliku količinu genetskog materijala - vjerojatno ste čuli da ljudi dijele oko 99 posto naše DNK sa čimpanzama - ali ti su geni različiti, kaže Ivančević.

"Skakanje gena" zapravo nisu geni; oni su ne-kodirajući dijelovi "junk DNA", kaže ona Inverzan u e-pošti. "Razmislite o njima kao o genetskim parazitima, skakanje po genomu kako bi sebično replicirali, a ponekad i skakanje između vrsta."

U posljednjih nekoliko godina počeli smo shvaćati funkciju ovih nepoštenih DNK, ali još uvijek ne znamo točno što rade. To je tajna iza skakačkih gena: oni su krušne mrlje DNA traga, raspršene po drvetu života. Sada, zahvaljujući ovom članku, možda ćemo konačno saznati kako su napravili takav nered.

Vodoravni prijenos

Istraživanje Ivančevića otkrilo je da postoje dvije sekvence skakanja junk DNA koje se mogu pratiti kroz širok raspon vrsta, nazvan BovB i L1. Istraživači te obrasce nazivaju transpozitivnim elementima (TEs) jer se sami "kopiraju i zalijepe" nasumice po genima životinja od morskih ježeva, do krava, ljudi. Ovaj čudni proces, u kojemu TE napadaju druge vrste genetskog materijala, naziva se horizontalni prijenos.

Naše standardno razumijevanje reprodukcije opisano je vertikalni prijenos, pretpostavka da se većina genetskog materijala obično prenosi s roditelja na dijete.

Kada nacrtate obiteljsko stablo, obično crtate djecu ispod njihovih roditelja, iu određenom smislu, geni imaju tendenciju da padaju generacijama na taj način. Ali neki TEs se kreću vodoravno preko stabla života, "skakanje" s DNK jednog organizma na drugi putem glasnika koji se zove "vektor". Znanstvenici ne razumiju u potpunosti kako proces funkcionira između vrsta, ali imaju predosjećaj o tome što bi vektori mogli biti.

Neki organizmi, poput bakterija, stvarno su dobri u horizontalnom prijenosu gena i često to čine prirodno, bez vektora. Životinje to ne mogu učiniti, ali mogu biti zaražen bakterijama, koje tada mogu djelovati kao vektori. Rad predlaže nekoliko vjerojatnih kandidata za ovu ulogu glasnika, uključujući štetočine, krpelje i skakavce, a također imenuje neka potencijalna stvorenja akvatičnih vektora, poput kamenica i morskih crva. Ti vektori su vjerojatno pomaknuli dva bita sekvenci bezvrijedne DNA, BovB i L1, preko vrsta.

Ono što je stvarno zanimljivo je što se događa kada DNK stigne tamo. Nakon što se dogodi prijenos, Ivančević i njezin tim pokazuju da se DNK može brzo replicirati. Vjeruje se, na primjer, da se BovB prvi put pojavio u zmijama, a zatim da je “skočio” na krave horizontalnim prijenosom događaja prije više milijuna godina, gdje se ponovio više puta. Razmislite o tome kao da radite standardno kopiranje i lijepljenje, samo što ćete ponovno i ponovno pritisnuti control-V.

"Za mene je najnevjerojatnije da se ne radi o prijenosu, već o učincima na genom domaćina nakon prijenosa", kaže Ivančević. Sada BovB zauzima oko 25% sekvence kravljeg genoma. To je velika promjena!"

Tražim velike skokove

Da bi vidjeli koliko su u sekvence života prodrle ove sekvence, Ivančevićev tim je istražio genome 759 vrsta. Našli su sekvencu BovB-a kod životinja kao udaljene veze kao što su zmije, krave, morski ježevi, šišmiši i konji (iako su šišmiši i konji imali nizak broj kompletnih sekvenci BovB-a). Činilo se da je slijed L1 još više prevladavajući. Dok je 79 vrsta imalo sekvence BovB, 559 vrste su imale L1 sekvence. Povijesno gledano, smatralo se da se L1 samo prenosi vertikalno, tako da je pronalaženje L1 sekvence u ovim različitim vrstama bio proboj.

BovB je oduvijek intrigirao istraživače jer čini velike skokove između udaljenih srodnih vrsta, što dokazuje da je došlo do neke vrste horizontalnog prijenosa. Međutim, prethodna analiza pokazala je samo nekoliko slučajeva u kojima su L1 sekvence napravile te velike skokove, što je navelo istraživače da zaključe da se L1 vjerojatno prenosio samo vertikalno.

Izlivši širu mrežu, Ivančevićev tim je pokazao da je bilo više genomskih skakanja nego što smo nekad mislili. “Korištenje životinja, biljaka i gljiva doista je pomoglo u skeniranju što je moguće više genoma s trenutnim podacima. Nema mnogo studija koje u velikom opsegu traže trans-kraljevski transfer “, kaže ona.

Nalaz da su L1 prisutni u 559 vrsta je uvjerljiv dokaz da L1s imala napravio je te velike skokove. Tim ukazuje na šest prethodno neotkrivenih "skokova" L1 u morskim vrstama prije milijun godina kao moguću odskočnu dasku za ovaj bezvrijedni gen da uđe u DNK vrsta u potpuno odvojena kraljevstva.

Napisali su da je jedan od tih horizontalnih događaja mogao izbaciti niz L1 u drevnog pretka “therianskih” sisavaca - životinja koje ne polažu jaja - prije 160 do 191 milijun godina. Odatle, slijed je mogao biti prenesen vertikalno svim potomcima onih drevnih životinja, uključujući, možda, ljude. Dok je L1 uglavnom fragmentiran i neaktivan kod ljudi, on još uvijek čini 17 posto našeg genoma.

Ovakvi nalazi pokazuju kako čak i najsitnije sile mogu preoblikovati evoluciju. Možda je prije milijun godina jedan od naših najudaljenijih predaka upao u sukob s štetočinom krvi koja je stajala u moru - možda je to bio morski crv - i nekako je dobio injekciju slučajnog DNA. Sada, milijunima godina kasnije, te promjene ostaju unutar nas i još uvijek utvrđujemo koje uloge igraju.

"To pokazuje koliko nasumične DNK razmjene mogu oblikovati našu evoluciju", kaže Ivančević.