Как растения и животные крадут гены у других видов для ускорения эволюции

Новое исследование, опубликованное в New Phytologist, показывает, что горизонтальный перенос генов — процесс, когда организмы получают генетическую информацию не от родителей, а от других видов — широко распространён среди злаков.

• Хотя основой классической генетики и эволюции считается передача генов от родителей к потомству, этот процесс не является абсолютным.
• Бактерии — известные «мастера» горизонтального переноса, что способствует, например, распространению устойчивости к антибиотикам.
• Позже этот процесс был обнаружен и у растений, и у животных (например, у тлей, грибов и белокрылок).

Распространённый перенос у злаков

Злаки — наиболее важная с экологической и экономической точки зрения группа растений (рис, кукуруза, пшеница, сахарный тростник). Исследование впервые показало, что горизонтальный перенос генов широко распространён в этой группе как у диких, так и у культурных видов.

• Учёные проанализировали геномы 17 видов злаков со всего мира.
• Большинство генов имели ту же эволюционную историю, что и сам вид (передавались по наследству).
• Однако было обнаружено более ста примеров, где история генов и видов не совпадала. Эти гены ранее существовали у других, неродственных видов злаков, а затем были перенесены в геном реципиента.

Значение и возможный механизм

Перенесённые гены связаны с функциями производства энергии, устойчивости к стрессам и болезням. Это могло дать растениям эволюционное преимущество, позволив им расти больше, выше и сильнее.

Чужеродная ДНК была обнаружена у 13 из 17 исследованных злаков, включая кукурузу, просо и пшеницу. Ключевой вопрос — как гены перемещаются между видами — остаётся открытым.

• Наблюдается статистически значимое увеличение числа перенесённых генов у видов с ризомами (видоизменёнными подземными побегами для вегетативного размножения).
• Гипотеза: перенос ДНК может происходить при прямом контакте под землёй, возможно, через срастание корней. Недавние наблюдения за движением ДНК между привитыми растениями табака поддерживают эту идею.
• Любая чужеродная ДНК, попавшая в ризому, затем реплицируется во всех клетках клона-потомка при вегетативном размножении и в конечном итоге может попасть в зародышевую линию и будущие поколения через семена.

Влияние на дискуссию о ГМО

Исследование показывает, что злаки занимались генетической модификацией сами себя естественным путём.

• С одной стороны, это можно использовать как аргумент в пользу ГМО: если растения делают это сами, почему не можем мы?
• С другой стороны, результаты показывают, что гены могут свободно перемещаться между видами злаков независимо от их родства. Следовательно, любой ген, вставленный в модифицированную сельскохозяйственную культуру, в конечном итоге может «сбежать» в дикие виды, создавая так называемые суперсорняки.

В перспективе, если удастся определить механизм горизонтального переноса у злаков, это может позволить естественным образом модифицировать культуры, повысив их устойчивость к последствиям изменения климата.