Происхождение интронов объяснили «интронерами» — «геномными паразитами»
Новое исследование указывает на интронеры (introners) как на ключевой механизм происхождения большинства интронов — некодирующих участков ДНК, которые вырезаются перед синтезом белка. Интроны есть у всех эукариот (животных, растений, грибов, протистов), но отсутствуют у прокариот (бактерий), и их количество сильно варьирует даже у близких видов.
Учёные из UC Santa Cruz, опубликовавшие работу в PNAS, проанализировали 3 325 эукариотических геномов. Они обнаружили 27 563 интрона, происходящих от интронеров, у 175 видов (5.2% от всех изученных). Эти свидетельства найдены у самых разных групп, чей последний общий предок жил более 1.7 млрд лет назад, что говорит об универсальности механизма.
Интронеры как «геномные паразиты»
Интронеры — это самокопирующиеся транспозоноподобные элементы. Их цель — репликация, не убивая хозяина. Встраиваясь в гены и будучи вырезанными в процессе сплайсинга, они минимизируют вред для функции гена, что позволяет им сохраняться в эволюции. Обнаруженные интронер-производные интроны сплайсируются эффективнее других, снижая негативное влияние.
Морские организмы — «горячие точки» для интронеров
Морские виды имеют в 6.5 раз больше интронеров, чем наземные. Исследователи связывают это с горизонтальным переносом генов, который чаще происходит в морской среде, особенно среди одноклеточных организмов. Интронеры, как мобильные элементы, хорошо приспособлены к такому переносу. Поскольку все наземные виды произошли от морских, многие их интроны могли быть унаследованы от древних вспышек активности интронеров.
Вызов теории эволюции сложности генома
Результаты противоречат теории, согласно которой геномная сложность (включая интроны) накапливалась в видах с малой эффективной численностью популяции. Напротив, интронеры активно находят у видов с высокой численностью, например, у протиста Symbiodinium. Это указывает, что сложность может возникать не как адаптация, а как результат конфликта с вторгающимися мобильными элементами (интронерами), борющимися за выживание.
Влияние на экспрессию генов
Гены, в которые встроились интронеры, имеют в среднем более низкий уровень экспрессии. Учёные полагают, что это не прямое следствие интронеров, а результат того, что менее экспрессируемые гены толерантнее к внедрению слегка вредных элементов, так как они менее критичны для выживания. Высокоэкспрессируемые, ключевые гены не могут позволить себе риск ошибок сплайсинга.
Перспективы: Авторы планируют искать прямые доказательства горизонтального переноса, сравнивая идентичные интронеры у разных видов, а также изучать влияние текущих «вспышек» интронов на эволюционную приспособленность видов.