Скачать гены пектиназ из протеобактерий ускорился резко видообразование палочников

Прeдстaвитeли группы пaлoчникoв имeют нa биoxимичeский aрсeнaл пeктинaзы — фeрмeнты, рaсщeпляющиe пeктин. Срaвнивaя гeны пeктинaз у пaлoчникoв и двe другиe группы живoтныx (жукoв-листoeдoв и нeмaтoды), a тaкжe нa рaзличныe бaктeрии, мeждунaрoднaя группa учeныx oбнaружилa истoчник этиx гeнoв. Stick нaсeкoмыx, кaк oкaзaлoсь, пoлучили гeны, пeктинaз из бaктeриaльныx сoсeди — гaммa-прoтeoбaктeрий, кoтoрыe живут в иx кишeчникe и иx кoрмoвыx рaстeний. Нoвый биoxимичeский свoйствo oкaзaлoсь для трaвoядныx пaлoчникoв oчeнь полезно: это резко ускорило видообразование, так что, наконец, сформировалась обширная группа, которая насчитывает около 3000 видов. Исключительно ярким примером являются таксона высокого ранга — группа — после приобретения нового атрибута, в этом случае, биохимик и к тому же позаимствованного бактерий путем горизонтального переноса генов.

Новое убедительное доказательство того, горизонтальный перенос генов (ГПГ) от прокариот к эукариотам представили ученые из Института химической экологии имени Макса Планка в Йене (Германия) с коллегами из Института зоологии и эволюционной биологии йенского университета, Института зоологии и антропологии Геттингенского университета, Университета Ниццы (Франция) и Национального китайского банка генов в Шэньчжэнь. Тот факт, ГПГ от бактерий к эукариотам уже не очень удивляет: уже найдено множество нагляднейших примеров этого явления (Бактериальные гены помогают нематодам паразитировать на растениях, «Элементы», 18.10.2010; Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями, «Элементы», 05.09.2007? Горизонтальный обмен генами заменяет коловраткам половое размножение, «Элементы», 07.06.2008). Парадигма, за исключением надежное доказательство для случая горизонтального переноса от бактерий к эукариотам, интерес для двух дополнительных аспектов. Во-первых, это случай множественного независимая ГПГ с подобной функцией, во-вторых, для этого случая хорошо обоснована идея для взрывной эволюции, что привело к образованию большого таксона высокого ранга. Другими словами, мы можем увидеть пример, чтобы стать большой таксона после покупки полезно бактериального гена.

Это чрезвычайно разнообразная группа палочников Phasmatodea, где встречается около 3000 видов. Современное систематическое падение подотрядов и семейств, самым примитивным из которых Timematodea. Включает в себя один род Timema с 20-30 видов. Stick насекомых, т. е. предки Timema, появились примерно 125 миллионов лет назад, тем не менее, интенсивное видообразование в этой группе, согласно молекулярным данным, это произошло в начале кайнозоя, около 60 миллионов лет назад. Тогда Timema добавить все остальные семьи палочников. В период активного видообразования точно совпадает с интенсивной радиации цветковых растений.

В это же не удивительно, потому что палочники предпочитают точное альтернативное питание. Будет сосать соки растений, и для эффективного потребления этого питания вы должны быть в состоянии сломать вещества прочных растительных тканей — целлюлоза и пектин. Как правило, эти насекомые делают их микросимбионты, которые живут в жкт. Но это не всегда. Таким образом, было доказано, что некоторые группы насекомых имеют свои собственные пектиназы (см. Pectinase), способные сломать пектин не хуже, чем бактериальные аналогов. В таких счастливых обладателей пектиназ включают представители жуков-листоедов, долгоносиков и палочников, кроме их собственной пектиназной основе приобретать некоторые нематоды, которые живут на корнях растений. Как пектиназы в эти группы?

На этот счет предложены две очевидные дела. Первый — пектиназные в зависимости от того, были предки линяющих (не будем забывать, что пектиназы имеет нематоды и неродственных отрядов насекомых); в ходе эволюции на всех линиях членистоногих, предпочитают белковую диету, пектиназы ушли, остались только травоядных специалистов. Второе дело — ГПГ, за чей счет удаленных групп животных получили пектиназные гены независимо друг от друга. Источник генов пектиназ могут быть различные группы бактерий. Эти предположения могут быть проверены. Если правильный первый из них, то все пектиназы, нематод и насекомых, должны быть похожи. Их происхождение можно будет вывести из одной предковой линии. Если правильно второе предположение, то о происхождении набора пектиназ три группы будет мало общего: наверное, были реконструированы два или три главного корня.

Ученые выбрали из базы генетической информации GenBank все данные по нуклеотидным последовательностям пектиназ насекомых, добавили собственные данные, полученные из транскриптомам шесть представителей палочников, четыре из которых были изучить более тщательно. Получилось около 90 вариантов пектиназ. Затем сравнили их между собой и с пектиназами различных линий бактерий. Результаты сравнения показали, что пектиназы нематоды, жуки листоедов и палочников в комплекте отдельно, и каждый кластер соответствуют специфические бактериальные пектиназы. Нематодные пектиназы близко к ферментам гамма-и бета-протеобактерий, пектиназы жуков в пектиназам бактерии типа Bacteroidetes и палочников — гамма-протеобактерий, не связанные с линиями средств нематодных пектиназ.

Филогения генов пектиназ насекомых, паразитов и бактерий. Палочники — зеленый кластер, листоеды — оранжевый кластера, нематоды — красный кластер. Кажется, что каждая группа животных всего в бактериальной линии (отображается синим цветом). Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Это явное свидетельство независимого рынка гены пектиназ бактерий. То есть, сценарий оригинального присутствие пектиназ мы имеем общих предков линяющих животных, не подтверждается. Насекомые и нематоды позаимствовали гены пектиназ, когда в них возникла потребность, и, скорее всего, силы воли, удачи. Правообладателями этих генов имеют или бактерии-симбионты, или свободноживущие бактерии, которые обитают кормовые растения.

Пектиназы были найдены четыре из пяти большие подгруппы палочников. Активность пектиназ в каждый из этих четырех подгрупп имеет свои особенности, формируя четкие кластеры. Другими словами, активность пектиназ вы можете точно указать, к какой семье принадлежит основной представитель палочников, или, наоборот, для каждого представителя палочников может предсказать, весь пектиназ. Но самое интересное в этой картине не наличие и отсутствие пектиназ не пятой подгруппы палочников. Этой подгруппе является Timematidae, примитивные палочники.

Филогения соответствующих палочникам групп насекомых и их присутствие пектиназ (зеленая зона). У палочников Timema пектиназ нет. В нижней строке слева показывает время разделения ее ветвей (в млн. лет назад). Изображение из обсуждаемой статьи в Scientific Reports

Ученые обоснованно считают, что пектиназные гены попали в палочникам после формирования этой семьи, но до начала интенсивного видообразования в этой группе. Timematidae было в течение 60 миллионов лет, используя комплекс бактериальных партнера, расщепляющих пектиновые вещества. Затем, после получения от них гена/генов пектиназ для личного использования, он начал быстрое видообразование палочников. В конечном счете, очень быстро дал сотни новых видов. Эти виды объединяются в отдельную группу. Но неизвестно, как мы это делали систематически, если из всех палочников их, известно только Timema. Вероятно, присоединился бы к отряду соответствующих эмбий или тараканосверчков.

Но, так или иначе, перед нами другой группы, которая возникла не в последнюю очередь в результате получения полезной биохимические свойства. Он дал им возможность лучше справляться с обильными, но это трудно перевариваемой пищи. Этот симптом не сложился постепенно в ходе эволюции, и берется от бактериальных соседей с помощью ГПГ. Этот факт — соответствующий горизонтальный перенос генов — это случилось в нужное время (радиация цветковых растений) и правильная команда (предрасположенной на растительное питание).

Источник: Matan Shelomi, Etienne G. J. Danchin, Дэвид Heckel, Бенджамин Wipfler, Sven Bradler, Xin Zhou & Yannick Pauchet. Horizontal Gene Transfer of Pectinases from Bacteria Предшествует the Diversification of Stick and Leaf Insects // Scientific Reports. 2016. DOI: 10.1038/srep2638.

Елена Наймарк

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.