Гены могут передаваться между растениями и ускорять эволюцию
Эволюция растений и животных обычно рассматривалась как передача генов от родителей потомству и накопление случайных мутаций. Однако биологи из Университета Брауна и Шеффилдского университета обнаружили другой путь — горизонтальный перенос генов между неродственными видами растений.
Исследователи показали, что группа злаков неоднократно обменивалась генами в течение миллионов лет. Некоторые из этих генов стали ключевыми компонентами фотосинтетического аппарата у C4-растений, которые доминируют в жарких тропических зонах и составляют 20% растительного покрова Земли.
"Насколько нам известно, это первый случай, когда ядерные гены, переданные между растениями, были включены в первичный метаболизм и способствовали эволюции нового признака — C4-фотосинтеза", — говорит Паскаль-Антуан Кристен, соавтор исследования.
В статье в Current Biology учёные исследовали происхождение двух генов, кодирующих ферменты, важные для C4-фотосинтеза:
Фосфоенолпируваткарбоксилаза (ppc)
Фосфоенолпируваткарбоксикиназа (pck)
Изучая эти гены у близкородственных видов злаков рода Alloteropsis (три C4-вида и один C3-вид), учёные ожидали, что фотосинтетические гены ppc у C4-растений будут родственны нефотосинтетическим генам у их C3-предка.
Вместо этого оказалось, что ppc-гены, вовлечённые в C4-фотосинтез, были тесно связаны с ppc-генами других, неродственных C4-видов. Анализ показал, что эти растения разошлись в эволюции до 20 миллионов лет назад, но, несмотря на это, продолжали обмениваться генами.
Всего задокументировано четыре случая, когда ppc или pck ферменты, найденные у C4-растений Alloteropsis, появлялись у других эволюционных линий C4-растений (Andropogoneae, Cenchrinae и Melinidinae), включающих такие виды, как кукуруза, щетинник и гвинейская трава.
"Мы давно понимаем, как эволюционные адаптации передаются от родителей потомству. Теперь мы обнаружили у растений, что они могут передаваться между дальними родственниками без прямого контакта между видами", — добавляет Колин Осборн, эволюционный биолог из Шеффилдского университета.
Учёные называют это явление горизонтальным (латеральным) переносом генов. Наиболее вероятный механизм — перенос генетического материала через пыльцу, которая попадает на цветок другого вида, и небольшая часть генов каким-то образом включается в геном растения-хозяина во время оплодотворения.
"Это как короткий путь, который может представлять собой механизм быстрой эволюции", — отмечает Эрика Эдвардс, соавтор исследования.
Исследователи полагают, что такой обмен генами между растениями продолжается и сегодня, позволяя им быстрее адаптироваться к новым условиям среды.