Биологи десятилетиями знали, что одноклеточные организмы, такие как бактерии, способны захватывать генетический материал из окружающей среды и включать его в свои геномы. Этот процесс, известный как латеральный, или горизонтальный, перенос генов, играет важную роль в распространении антибиотикорезистентности бактерий.
Еще 20 лет назад считалось, что такой перенос генов невозможен у организмов с более сложно устроенными клетками, известными как эукариоты — группа, включающая всех животных, растения и грибы. Но затем горизонтальный перенос был обнаружен у широкого круга животных и растений. Например, тли могут синтезировать красный грибной пигмент, чтобы избежать нападения хищников; грибы заимствуют друг у друга генетические инструкции по сборке психоактивных соединений; бабочки-белокрылки используют естественную защиту своих растений-хозяев против них самих.
Недавнее исследование группы биологов из Университета Шеффилда, опубликованное в New Phytologist, показало, что подобный обмен широко распространен между сельскохозяйственными культурами и луговыми травами. Ученые провели настоящее детективное расследование, выясняя историю происхождение каждого гена в геномах нескольких видов злаков. Естественно, большинство генов передавалась из поколения в поколение, меняясь в ходе эволюции вида. Однако иногда гены вдруг появлялись «ниоткуда». Чужеродная ДНК была обнаружена в геномах 13 из 17 отобранных злаков, включая такие культуры, как кукуруза, просо и пшеница. Всего в исследовании обнаружили 170 перенесенных генов. При этом, хотя латеральный перенос генов оказался более распространен среди близкородственных видов, он не ограничивался только ими.
Гены, передавшиеся от одних видов к другим, связаны с выработкой энергии, устойчивостью к стрессу и болезням, что потенциально дает растениям эволюционное преимущество, позволяя им расти быстрее, выше и сильнее.
Механизм переноса в настоящее время до конца не ясен. В качестве основной рабочей гипотезы выдвинут контакт корневищами — подземными побегами, которые позволяют растениям размножаться вегетативным путем. Недавние наблюдения перемещения ДНК между кустами табака, привитыми друг к другу, подтверждают эту гипотезу.
Широкое распространение горизонтального переноса между неродственными вилами растений заставляет по-новому взглянуть на возможные последствия генно-инженерных экспериментов. С одной стороны, если злаковые культуры уже делают это естественным образом, то почему бы и нам не делать этого? Тем более, что исследование показывает: злаки обмениваются генами независимо от того, насколько они близки генетически. С другой — любой высокоэффективный ген, внедренный в модифицированную сельскохозяйственную культуру, может в конечном итоге ускользнуть в дикие виды, создав, к примеру, суперустойчивый к любым воздействиям сорняк.
В конечном итоге, поняв в деталях, как происходит латеральный перенос генов в злаках, мы сможем использовать эти знания, чтобы, с одной стороны, естественным образом модифицировать сельскохозяйственные культуры, сделав их более устойчивыми к последствиям изменения климата, с другой – минимизировать нежелательные побочные последствия.
Группа исследователей из Германии и Великобритании разработала технологию вирусных векторов, которая позволяет оперативно внедрять в растения требуемые гены.
По материалам The Conversation и New Scientist
Читайте также:
Прокариоты и эукариоты: что это такое и в чем между ними разница
Биологи выяснили, откуда у растения-мухоловки память
