Биологи обнаружили горизонтальный перенос генов между рептилиями и амфибиями. По их оценкам, Bovine-B переходил от змей к лягушкам как минимум 54 раза в период между 85 и 1,3 миллионами лет назад. Исследование опубликовано в журнале Molecular Biology and Evolution.
Горизонтальный перенос — это передача генетического материала между организмами посредством механизма, отличного от размножения. Механизм хорошо известен у прокариот, для которых он служит движущей силой эволюции, но появляется все больше свидетельств того, что этот процесс происходит по всему древу жизни. У эукариот горизонтальный перенос осуществляется транспозонами — мобильными последовательностями ДНК, присутствующими во всех эукариотических геномах. Они могут амплифицироваться внутри генома и способствовать сегментарным перестройкам генома как на аутосомах, так и на половых хромосомах.
Подвид транспозонов — ретротранспозоны, они распространяются в геноме путем копирования и вставки самих себя. Примером является Bovine-B — он представляет собой длинный ретротранспозон, исходно найденный у крупного рогатого скота. Исследования показали, что Bovine-B передается у змей и ящериц вертикально, а у жвачных животных он появляется в результате горизонтального переноса от рептилий. Однако детали механизма межвидового переноса оставались неизвестными.
Ацуси Курабаяси (Atsushi Kurabayashi) из Института биологических наук и технологий Нагахамы и его коллеги из Австралии, Америки, Германии, Мадагаскара, ЮАР и Японии проверили ДНК 106 видов змей и 149 видов лягушек со всего света на наличие Bovine-B и составили график его переноса между видами.
Ученые выявили узлы, по которым расходились разные семейства, и топология соответствующих ветвей отличалась от общего филогенетического консенсуса. По оценкам исследовательской группы, ретротранспозон переходил со змеи на лягушку как минимум 54 раза в период между 85 и 1,3 миллионами лет назад.
Реконструкция географического ареала для оцененных случаев горизонтального переноса генов показала их широкое распространение по всему миру, но с неравномерным географическим распределением. Частота случаев, произошедших в течение последних 50 миллионов лет (то есть при нынешнем континентальном расположении, сформированном столкновением Индии и Евразии) на Мадагаскаре была значительно выше, чем во всех остальных регионах.
Большая часть мадагаскарской биоты континентального происхождения. В частности, две линии лягушек — Heterixalus и Ptychadena mascareniensis, мигрировали из континентальной части Африки на Мадагаскар 19–30 и 9,8–22,7 миллионов лет назад соответственно. В ходе географического анализа выяснилось, что путем горизонтального переноса, Bovine-B настиг этих амфибий уже на острове. Результат подтверждается корреляцией предполагаемого возраста горизонтального переноса с возрастом расселения лягушек и фактом, что у близкородственных видов, обитающих в континентальной части Африки, ретротранспозона Bovine-B найдено не было.
Лягушки с транспозонами были обнаружены в различных кладах. BovB семейства лягушек Bufonidae тесно связаны с Afrotyphlops punctatus — представителем змеиного инфраотряда Scolecophidia. Это наблюдение указывает на перенос Bovine-B от ранней дивергировавшейся группы змей к общему предку буфонидных лягушек около 64 миллионов лет назад, а с тех пор транспозон передается современным линиям буфонид по наследству.
Обмен транспозонами также прошел внутри обоих исследуемых классов — Bovine-B малагасийских нематод, выделенных из мантеллидных лягушек, обнаружили у лягушек семейства Hyperoliidae. Также исследователи обнаружили более десяти змей, у которых структура Bovine-B не отражала филогению хозяина. Так, у двух малагасийских удавов, транспозоны которых должны были быть унаследованные от клады Henophidia, выявили Bovine-B от представителей семейства Pseudoxyrhophiidae. Эти случаи объясняются горизонтальной передачей транспозона от змеи к змее, в которой недавно интегрированный Bovine-B стал доминировать над исходным.
Затем ученые решили выяснить, произошла передача ретротранспозона напрямую или же с участием промежуточных организмов. Они собрали 97 особей 42 видов паразитов, связанных с рептилиями и амфибиями. Среди них были черви, скребни, специфичные для лягушек внутрикожные клещи, а также пиявки и комары. Bovine-B нашли в ПЦР-продуктах членистоногих, а также круглых и кольчатых червей.
Транспозоны, найденные в паразитах, происходили от видов, отличных от конечных хозяев. Так, Bovine-B клеща из семейства Trombiculidae, найденного у мадагаскарской лягушки Blommersia blommersae, оказался более тесно связан с малагасийской змеей Liophidium torquatum, чем с его хозяином (сходство последовательностей 99,8 и 96,1 процента соответственно).
А транспозон нематоды Cosmocerca simile, найденной в Bovine-B-негативной японской ракофоридной лягушки (Buergeria japonica) был включен в кладу змей семейства Colubridae и оказался полностью идентичен образцу, принадлежащему японской змее Elaphe climacophora.
Благодаря этому вышеупомянутых паразитов, перемещающихся между хозяевами, можно считать потенциальными переносчиками Bovine-B змеиного типа лягушкам.
Горизонтальный перенос генов — естественный процесс передачи генетического материала не по наследству. Ранее мы рассказывали, что биологи обнаружили горизонтальный перенос генов от растения к насекомому. Однако, получить чужую ДНК — непросто. Подробно о том, как это происходит, можно узнать из материала «Поверх барьеров».
Василиса Костина
Детеныши у них могут появиться уже будущей весной
В Испании заметили смешанную пару волков, в которой самец принадлежит к итальянскому подвиду, а самка — к местному иберийскому. Как отмечает издание El País, это единственная такая пара, известная зоологам. Возможно, уже будущей весной у этих волков появятся детеныши, что пойдет на пользу испанской популяции этого вида хищников. Люди почти истребили волков (Canis lupus) в Европе. Однако в последние десятилетия численность этих хищников заметно увеличилась благодаря охране. Ареалы многих их популяций также начали восстанавливаться. Например, итальянские волки (C. l. italicus), которые к 1970 годам сохранились только на Апеннинском полуострове, в 1992 году расселились в южную и восточную часть Франции, где образовали стабильную популяцию, а в 1995-1996 годах — в Швейцарию. В начале XX века они, преодолев Пиренеи, добрались из Франции до Испании, но, вероятно, пока не размножались здесь, поскольку все прибывшие особи были странствующими самцами. Впрочем, вскоре у одного из переселившихся в Испанию итальянских волков может появиться шанс оставить потомство. В этом году зоологи заметили в регионе Арагон на северо-востоке страны пару волков, в которой самец принадлежит к итальянскому подвиду, а самка — к иберийскому (C. l. signatus), распространенному на Пиренейском полуострове. По словам ученых, пара держится вместе уже некоторое время. Возможно, будущей зимой волки спарятся, а весной у них появятся детеныши. Сейчас итальянский самец и иберийская самка являются единственными волками, которые постоянно живут на территории Арагона — а также единственной смешанной парой двух этих подвидов. Если им удастся принести потомство, это пойдет на пользу всей популяции иберийского подвида, которая благодаря этому не только увеличится, но и станет генетически более разнообразной. При этом зоологи не считают, что смешение двух разных подвидов может нести какие-либо риски. Дело в том, что в прошлом, когда численность волков в Европе была намного больше, особи из разных регионов часто скрещивались между собой. В некоторых регионах Европы рост численности волков вызывает беспокойство у местных жителей, которые опасаются нападений на скот и людей. Такое происходит, например, в Германии. Однако в Арагоне у волков достаточно дикой добычи, например, кроликов, косуль и кабанов. Это снижает вероятность конфликтов с людьми. Ранее мы рассказывали о том, как обыкновенный волк преодолел 1927 километров между Швейцарией и Венгрией. Двухлетний самец, который был помечен ошейником с GPS-передатчиком, отделился от родной стаи в кантоне Граубюнден и отправился на восток: в Италию, Австрию и Венгрию. В Венгрии путешествующего волка застрелил местный житель.