Яд ос раскрывает механизм появления новых функций у генов

Исследователи из Университета Рочестера, изучая крошечных паразитических наездников-блестянок (Jewel Wasps) и их быстро меняющийся состав яда, обнаружили альтернативный механизм приобретения генами новых функций. Этот процесс, вероятно, широко распространен в природе.

Механизм «совместительства» генов

Ранее считалось, что новые функции возникают после дупликации (удвоения) гена, когда одна копия сохраняет старую роль, а другая развивает новую. Однако лаборатория Джона Веррена (Werren Lab) показала, что одиночные, недуплицированные гены могут кооптироваться (co-opted) для выполнения дополнительной функции — в данном случае, для производства компонентов яда в ядовитой железе.

При этом ген может сохранять свою исходную «дневную работу» в других тканях организма. Со временем он может либо специализироваться только на производстве яда, либо отказаться от этой «ночной подработки», оставив первоначальную функцию.

Ключевую роль играет регуляция генов

Быстрая смена состава яда в основном достигается за счет изменений в регуляторных областях (regulatory regions) рядом с генами. Эти области контролируют экспрессию генов — то, в каких тканях ген «включается» или «выключается» для производства белков.

«Кооптация одиночных генов может быть более быстрым механизмом адаптации к новой среде, поскольку не требует предварительного удвоения гена», — отмечает Эллен Мартинсон, соавтор исследования.

Методы и результаты

Изучая четыре близкородственных вида наездников, исследователи с помощью транскриптомного и протеомного секвенирования (transcriptome and proteome sequencing) обнаружили, что более половины компонентов яда происходят от кооптированных одиночных генов. Состав яда может меняться очень быстро, позволяя осам адаптироваться к разным хозяевам. Даже у близких видов набор токсинов может различаться до 40%.

Широкое значение открытия

Ученые полагают, что кооптация одиночных генов для новых функций не ограничивается ядами паразитоидов. Этот механизм может быть широко распространен в природе, особенно при быстрой эволюции в меняющихся условиях.

Кроме того, огромное разнообразие паразитических ос (до 600 000 видов) и их ядов, эволюционировавших для управления метаболизмом хозяев, представляет собой потенциально неисчерпаемый источник для открытия новых лекарств.