Многие виды растений паразитируют на других растениях, прикрепляясь к ним и получая питательные вещества, необходимые для выживания. Но иногда растения крадут не только питательные вещества, но и гены. Новое исследование показывает, что один из таких «украденных» генов не просто сохранился после попадания в геном повилики (Cuscuta spp.). Вместо этого паразит модифицировал ген на протяжении миллионов лет, сохранив его первоначальную функцию.
Ген был перенесен в результате процесса, известного как горизонтальный перенос генов (ГПГ). В отличие от обычного наследования, при котором гены передаются от родителя к потомству, ГПГ позволяет генетическому материалу перемещаться между неродственными организмами.
Исследовательская группа под руководством профессора Ко Аоки из Высшей школы сельского хозяйства Университета Осаки Метрополитен проанализировала, что происходит с чужеродными генами после того, как они попадают в растение-паразит.
Ученые обнаружили доказательства того, что CYP81Q изначально принадлежал другому цветковому растению из порядка Ясноткоцветные, к которому относится множество лекарственных и пряных трав, а затем в далёком прошлом был перенесён в род повилик.
Этот ген принес повилике пользу, поскольку CYP81Q участвует в выработке сезамина — лигнанового соединения с антиоксидантными свойствами. После приобретения этого гена повилика получила способность самостоятельно вырабатывать сезамин.
Со временем чужеродный ген в геноме повилики был изменен с помощью фрагментов мобильных генетических элементов, называемых «прыгающей ДНК», которые внедрили ДНК повилики в CYP81Q. Одна из вставленных последовательностей в конечном итоге стала частью вновь образованного интрона — участка гена, который удаляется из его РНК до того, как генетические инструкции будут использованы для создания белка.
Несмотря на эти изменения, ген продолжал работать. Реконструированный CYP81Q по-прежнему вырабатывал функциональный фермент, способный синтезировать сезамин. «Ген сохранил свою биологическую функцию, несмотря на существенные структурные изменения», — подытожил профессор Аоки.
Это открытие позволяет предположить, что горизонтальный перенос генов не обязательно является завершением эволюционной истории гена. Вместо этого он может продолжать эволюционировать внутри паразита, структурно интегрируясь в новую среду, но сохраняя свою первоначальную функцию.
«Обычно горизонтальный перенос генов характерен для бактерий, — говорит профессор Аоки. — Наши результаты — еще одно доказательство того, что он встречается и у растений». Для растений-паразитов этот процесс может быть особенно важен. Их прямая связь с другими растениями создает необычные возможности для переноса генов через видовые границы. После переноса эти гены могут стать основой для дальнейших эволюционных изменений.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Plant Physiology.
