Обнаружен один из крупнейших известных переносов генов от бактерии к животному в геноме плодовой мушки
Геном плодовой мушки состоит не только из её собственной ДНК — по крайней мере, у одного вида. Новое исследование Института геномных наук (IGS) Медицинской школы Университета Мэриленда показало, что в геноме одного вида плодовой мушки содержатся целые геномы бактерий. Это крупнейший из известных переносов генетического материала от бактерии к животному. Исследование также проливает свет на механизм этого процесса.
Учёные под руководством Джули Даннинг Хототпп, доктора философии, использовали новую технологию длинного чтения генетических последовательностей. Они показали, как гены бактерии Wolbachia внедрились в геном мухи до 8000 лет назад.
Исследователи отмечают, что их открытие демонстрирует: генетическая изменчивость не всегда является мелкой, постепенной и предсказуемой, как в примерах с галапагосскими вьюрками Дарвина или горохом Менделя.
Хотя "прыгающие гены", способные перемещаться внутри генома или переноситься в геномы других видов, были впервые идентифицированы Барбарой Мак-Клинток ещё в 1940-х годах, их значение для эволюции и здоровья продолжает открываться.
"У нас раньше не было технологий, чтобы однозначно продемонстрировать эти геномы внутри геномов, показывающие такой масштабный латеральный перенос генов от бактерии к мухе", — объяснила доктор Даннинг Хототпп. — "Мы использовали передовое длинное чтение генетических последовательностей, чтобы сделать это важное открытие".
Исследование опубликовано в июньском номере журнала Current Biology.
Методология: длинное чтение и проверка функциональности
Раньше для секвенирования ДНК её приходилось разбивать на короткие фрагменты, а затем собирать, как пазл. Длинное чтение позволяет получать последовательности длиной более 100 000 "букв" ДНК, превращая пазл из миллиона частей в детский.
Помимо длинного чтения, исследователи подтвердили точки соединения между интегрированными бактериальными генами и геномом мухи-хозяина. Чтобы определить, функциональны ли эти гены (а не являются просто "ископаемой" ДНК), они секвенировали РНК мух, специально ища копии РНК, созданные на матрице вставленной бактериальной ДНК. Было показано, что бактериальные гены транскрибируются в РНК, которая редактируется и реорганизуется в новые последовательности. Это указывает на функциональность генетического материала.
Результаты: целые бактериальные геномы в хромосоме мухи
Анализ показал, что бактериальная ДНК интегрировалась в геном плодовой мушки Drosophila ananassae в последние 8000 лет — исключительно в хромосому 4. Это увеличило размер хромосомы, так что бактериальная ДНК составляет около 20% хромосомы 4.
Был обнаружен полный бактериальный геном Wolbachia, а также почти полный второй геном и множество копий (почти 10 копий некоторых регионов бактериального генома). Интеграция целого бактериального генома поддерживает механизм интеграции на основе ДНК, а не РНК.
"Это исследование ясно демонстрирует впервые механизм интеграции ДНК Wolbachia в геном этой плодовой мушки", — заявила доктор Даннинг Хототпп.
Значение для науки
Wolbachia — внутриклеточная бактерия, поражающая множество видов насекомых. Она передаёт свои гены по материнской линии через яйцеклетки. Некоторые исследования показывают, что эта инфекция носит скорее взаимовыгодный, чем паразитический характер, давая насекомым преимущества, например, устойчивость к некоторым вирусам.
Плодовые мушки, геном которых был секвенирован всего за три года до человеческого, давно используются в геномных исследованиях из-за обилия общих генетических сходств. Около 75% генов, вызывающих болезни человека, можно найти и у плодовой мушки.