'Эгоистичные' гены-интронеры доказаны как основной источник генетической сложности

Некоторые участки ДНК ведут себя как паразиты, существуя ради собственного выживания. Чтобы ДНК могла транслироваться в белки, эти «эгоистичные» элементы должны быть удалены из генетического кода. Этот процесс позволяет создавать разнообразие белков, но также может приводить к проблемам со здоровьем, например, к некоторым видам рака.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Круз изучают, как эти элементы скрываются и копируют себя, чтобы распространяться в пределах генома вида или даже «перепрыгивать» к неродственному виду в процессе горизонтального переноса генов.

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, доказывает, что тип генетических элементов под названием «интронеры» является причиной распространения многих таких эгоистичных генов внутри и между видами. В работе представлены доказательства восьми случаев переноса интронеров между неродственными видами — первые подтверждённые примеры этого явления.

«[Интронеры] — это способ, которым возникает архитектура и сложность геномов, но не обязательно потому, что естественный отбор благоприятствует этой сложности, — сказал Расс Корбетт-Детиг, старший автор исследования и профессор биомолекулярной инженерии. — Некоторые в конечном итоге могут принести пользу хозяину, но большинство — просто обманщики, которые нашли очень хороший способ спрятаться в геноме».

Исследование интронеров

Корбетт-Детиг и его бывший студент Ланден Гозашти годами изучали интроны — участки некодирующей ДНК, которые необходимо удалить перед производством белков. Учёные хотели понять, почему эти некодирующие участки в разном количестве присутствуют у всех животных, растений, грибов и протистов, и как им удалось так успешно размножаться и выживать.

Интроны интересны учёным не только для понимания эволюции генома, но и потому, что они позволяют осуществлять критически важный процесс «альтернативного сплайсинга». Разные версии белка могут создаваться из одного и того же гена, что увеличивает сложность организма, но также вносит риск проблем со здоровьем, если сплайсинг нарушает ген.

В этом исследовании доказано, что интронеры — один из основных способов появления новых интронов в ДНК вида. Интронеры — это разновидность транспозона, «прыгающего гена», который нашёл способ успешно создавать копии интронов по всему геному.

Исследователи искали интронеры в ДНК тысяч видов, что стало возможным благодаря таким проектам, как Earth BioGenome Project и Sanger Tree of Life. Они обнаружили свидетельства существования 1093 семейств интронеров среди 8726 проанализированных геномов.

«Поскольку транспозоны невероятно разнообразны и присутствуют практически в каждом эукариоте, это подразумевает, что это действительно может быть очень общим способом возникновения новых интронов в разных линиях», — сказал Корбетт-Детиг.

Чаще всего интронеры встречались у видов водорослей, грибов и разнообразных одноклеточных эукариот, с примерами, найденными у морского ежа и оболочника.

Перенос между видами

Среди множества проанализированных геномов исследователи нашли первые прямые доказательства горизонтального переноса интронеров. Они обнаружили восемь примеров, когда интронер «перепрыгнул» из генома одного вида в геном другого неродственного вида.

В одном случае горизонтальный перенос произошёл между двумя видами, настолько неродственными, что их последний общий предок жил 1,6 миллиарда лет назад. Изучив геномы морской губки и морского протиста динофлагеллята, учёные нашли доказательства того, что около 40 миллионов лет назад интронер перескочил от одного из этих видов к другому.

Исследователи предполагают, что интронеры могут «путешествовать автостопом» на гигантских вирусах, чтобы перемещаться между видами.

«Этот вирус сам по себе тоже является эгоистичным элементом, так что это похоже на эгоистичный элемент, курсирующий на другом эгоистичном элементе», — сказал Корбетт-Детиг.

Хотя восемь примеров горизонтального переноса может показаться небольшим числом, исследователи полагают, что их было бы гораздо больше, если бы они продолжили поиски среди 8,74 миллионов существующих видов эукариот.

«Учитывая, какую малую часть эукариотического разнообразия мы проанализировали, я обещаю вам, что если бы мы изучили остальные, мы нашли бы гораздо больше», — сказал Корбетт-Детиг.