Как это случилось?Распространено мнение, что гены дублируются, причем одна из копий берет на себя новую функцию, а другая копия продолжает функционировать, как прежде.Однако, изучая крошечные паразитические осы-драгоценности и их быстро меняющийся репертуар ядов, лаборатория Веррена в Университете Рочестера обнаружила другой процесс, который может быть широко распространен и у других видов.Процесс включает в себя кооптирование генов-единственных копий для выполнения новых функций.
В некоторых случаях эти гены, по-видимому, продолжают свою прежнюю функцию в других частях анатомии осы, помимо ядовитой железы. Результаты опубликованы в Current Biology.«Как будто они сейчас подрабатывают», — говорит Джон (Джек) Веррен, профессор биологии. «У них есть дневная работа, а затем — и ночная. Со временем, если ночная работа сработает, они могут бросить дневную работу и стать специалистом по ядам.
Однако в других случаях у нас есть обнаружили, что они перестают подрабатывать ядовитыми генами, но, похоже, сохраняют свою повседневную работу ».Как кооптируется ген? И что определяет, какую работу (или комбинацию работ) он выполняет?
В случае с Jewel Wasps ключевым является процесс, называемый генной регуляцией. Как объясняют исследователи, быстрый оборот генов яда в основном достигается за счет изменений в регуляторных областях, прилегающих к генам.Эти регуляторные области контролируют экспрессию генов, то есть, включены ли гены в различных тканях.
Когда ген включен, он предоставляет инструкции по производству белков. В выключенном состоянии таких инструкций нет.«Кооптация единичных копий генов может быть более быстрым механизмом адаптации к новой среде, потому что не требует предварительного дублирования гена», — отмечает Эллен Мартинсон, со-ведущий автор и научный сотрудник лаборатории Веррена. .«По сути, эти осы перерабатывают свои гены для новых функций», — говорит со-руководитель Мриналини, бывший постдок лаборатории Веррена, которая с тех пор присоединилась к Национальному университету Сингапура, где она изучает змеиные яды.
Группа, в которую также входят два других исследователя из Рочестерского университета, Йогешвар Келкар и Чинг-Хо Чанг, изучила четыре близкородственных вида жемчужных ос. Осы откладывают яйца на куколки других насекомых, предварительно введя в куколки яд, который манипулирует метаболизмом хозяина таким образом, чтобы окружающая среда стала более благоприятной для их развития.Используя секвенирование транскриптома и протеома, исследователи обнаружили, что более половины компонентов яда у паразитических ос являются результатом генов-единственных копий, которые были кооптированы без дублирования.
Состав ядов может быстро меняться, что позволяет осам адаптироваться к разным хозяевам. Например, даже близкородственные виды могут отличаться до 40 процентов своего ядовитого репертуара.Группа предполагает, что коопция генов с единственной копией для новой функции не ограничивается только паразитоидными ядами.
Кооптация может быть обычным явлением в природе, особенно когда организмы быстро эволюционируют в изменяющейся среде.Что касается ядов паразитоидов, у них может быть дополнительное преимущество, — говорит Веррен. "Большое разнообразие ядов паразитоидов и обилие этих видов (по оценкам, до 600 000 видов паразитоидов на Земле) в сочетании с тем фактом, что яды паразитоидов эволюционировали, чтобы управлять метаболическими процессами, позволяют предположить, что они потенциально являются огромным неизведанным рогом изобилия для лекарств. открытие ".