Лягушки получили змеиную ДНК благодаря паразитам

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