Ученые измерили скорость ключевого эволюционного процесса в океане
Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — перемещение генетического материала между неродственными организмами — является важным драйвером эволюции, особенно среди одноклеточных, таких как бактерии и археи. Команда исследователей из Bigelow Laboratory for Ocean Sciences впервые количественно оценила этот процесс в масштабе целого микробиома.
Ключевые цифры:
- В среднем, линия микробных клеток приобретает и сохраняет около 13% своих генов за миллион лет через ГПГ.
- Это эквивалентно обмену примерно 250 генами на литр морской воды каждый день.
Исследование, опубликованное в The ISME Journal, ставит под сомнение строгие границы между видами и подтверждает, что многие перенесенные гены дают прямые экологические преимущества, помогая микробам адаптироваться к новым условиям.
"Мы знали, что ГПГ важен, но понятия не имели, происходит ли он раз в минуту или раз в миллион лет. Это было совершенно неизвестно — до сих пор", — говорит ведущий автор, старший научный сотрудник Рамунас Степанаускас.
Методология:
Ученые использовали уникальный набор данных Single Cell Genomics Center (SCGC) — геномы 12 000 случайно отобранных микробных клеток из поверхностных вод тропических и субтропических океанов. Распределение общих генов в этих реальных данных сравнили с компьютерной моделью, которая предполагала только вертикальную передачу генов (от родителей к потомству).
Основные выводы:
- Большинство генов передается между близкородственными клетками, но не все.
- Некоторые гены с очевидной экологической ценностью успешно переносятся между микробами, столь же далекими друг от друга, как человек и кенгуру.
- Обнаружены примеры приобретения микробами генов, позволяющих усваивать новые источники фосфора в бедном фосфором Саргассовом море.
- Обнаружен обмен генами, кодирующими рибосомную РНК (рРНК), что стало неожиданностью, поскольку эти гены традиционно используются как эталон биологического разнообразия именно из-за предположения, что они не участвуют в ГПГ.
Перспективы:
В будущем команда планирует применить этот подход к новым средам, чтобы изучить различия между линиями, механизмами переноса и экосистемами. Эта работа может иметь значение для биотехнологий, показывая, как природа эффективно "конструирует" клетки.
"Я вижу в этом только начало. У нас наконец-то достаточно данных для такого количественного анализа, но нам нужно продвинуться гораздо дальше", — добавил Степанаускас.