Генетически модифицированные (ГМ) культуры могут вызывать споры, но аналогичные процессы естественным образом происходят с дикими растениями. Однако ученые уже давно задаются вопросом, как происходят эти процессы. Наше недавнее исследование может помочь исследователям разгадать эту тайну.
Люди часто используют « дерево жизни » как метафору для описания эволюционных взаимоотношений между организмами. Чем более близкородственны виды, тем ближе они друг к другу появляются на дереве.
Однако это немного вводит в заблуждение, поскольку реальность сложнее. Виды не всегда отделяются по своему эволюционному пути изолированно от других ветвей. Фактически, в некоторых группах организмов связи между ветвями настолько распространены, что нам, возможно, придется вообще отказаться от представления о древе жизни. Это особенно верно для бактерий, у которых эволюционные взаимоотношения больше похожи на запутанную паутину, чем на дерево. Перекрестные помехи между ветвями вызваны движением генетической информации.
Горизонтальный перенос генов (также известный как латеральный перенос генов ) — это процесс, посредством которого фрагменты ДНК (например, гены ) перемещаются между организмами за пределами обычного маршрута от родителя к потомству. Он позволяет передавать генетическую информацию между отдаленными ветвями древа жизни без полового размножения и отвечает за быстрое распространение среди бактерий таких признаков, как устойчивость к антибиотикам .
Первоначально ученые думали, что это явление характерно только для микробов, но теперь мы знаем, что оно также происходит и у широкого спектра растений , животных и грибов , где оно может распространять генетический рецепт черт, имеющих эволюционное преимущество.
Горизонтальный перенос генов у трав
Травы являются одной из наиболее важных групп растений и включают такие культуры, как рис, пшеница и кукуруза. Они покрывают почти 40% суши Земли и составляют большую часть калорий, потребляемых человеком .
Горизонтальный перенос генов между видами трав был обнаружен как у диких, так и у культивируемых видов . Хотя мы знаем, что эти передачи происходят по меткам, которые они оставляют в геномах видов (полный набор инструкций ДНК в клетке), мы до сих пор не знаем механизм, стоящий за этим. Мы также не знаем, как часто это происходит — именно на это и было направлено наше недавнее исследование , опубликованное в журнале New Phytologies.
Понимание темпов горизонтального переноса генов позволит нам оценить его влияние на планету и эволюцию растений, а также то, насколько быстро он может помочь растениям адаптироваться к изменениям. Например, достаточно ли распространено это явление, чтобы растения уже могли использовать его в ответ на изменение климата?
Мы секвенировали несколько геномов тропической травы Alloteropsis semialata , чтобы оценить частоту переноса генов этому виду. Наше исследование проследило эволюционную историю каждого гена в геноме, выявило гены чужеродного происхождения и установило, когда и куда они были перенесены.
Наши результаты показали, что гены постоянно приобретались на протяжении всей эволюционной истории этого вида, причем чужеродный ген включался примерно каждые 35 000 лет.
Однако это резко заниженная оценка реальной скорости передачи генов виду, поскольку она не показывает передачу генов, которые могли быть потеряны впоследствии. Большинство перенесенных генов вряд ли принесут реципиенту какую-либо пользу и даже могут иметь негативные последствия для растения, если нарушат важные части генетического кода реципиента. Гены, которые не дают реципиенту преимущества, часто теряются. Ученым гораздо сложнее обнаружить подобные временные гены.
Сохраняемые гены обычно дают реципиенту эволюционное преимущество. Например, многие из горизонтально перенесенных генов, обнаруженных у трав, обеспечивают устойчивость к болезням, стрессоустойчивость и повышенное производство энергии . Эти гены могли быть оптимизированы в геномах видов-доноров в течение миллионов лет. Горизонтальный перенос генов позволяет реципиенту пропустить этот длительный процесс уточнения.
ГМ-технологии
В конечном итоге горизонтальный перенос генов и ГМ-культуры имеют один и тот же результат: ген иностранного происхождения встраивается в геном реципиента.
Наше исследование дало представление о том, как часто происходят горизонтальные перемещения. Но мы до сих пор не знаем, как гены перемещаются между отдаленно родственными видами . Существует множество теорий, но мы считаем, что наиболее вероятным является механизм, называемый репродуктивным загрязнением. Он отражает некоторые методы, используемые для производства ГМ-культур.
Существует несколько различных методов создания ГМ-растений: некоторые требуют интенсивного вмешательства человека, а некоторые нет. Простые методы, такие как повторное опыление или перенос через пыльцевые трубки, требуют минимального вмешательства человека. В этих методах небольшие фрагменты ДНК третьей особи перемещаются по той же пыльцевой трубке, установленной отцом, и загрязняют зародыш в семени. Теоретически это могло произойти естественным путем.
В будущем мы планируем проверить эту идею и посмотреть, сможем ли мы воссоздать некоторые из задокументированных нами естественных перемещений. В случае успеха, возможно, пришло время пересмотреть наше отношение к ГМ-культурам. Возможно, они ближе к естественным процессам, чем мы думаем.
Теги: растения
