'Jumping Genes' Kumplikado Teorya ng Ebolusyon Sa DNA Na Nabahagi Sa Mga Uri

Karaniwang gusto ng DNA na sundin ang mga panuntunan. Ang mga piraso ng DNA ay kinopya medyo matapat, at ang mga kopya ay ipinasa mula sa mga magulang hanggang sa mga supling, kaya ang pagmamaneho ng ebolusyon ay alam natin ito. Gayunpaman, ayon sa mga bagong pagtatantya, limampung porsyento ang iyong genome ay binubuo ng rebeldeng DNA na gustong tumalon mula sa mga uri ng hayop patungo sa mga species. Ang pusong DNA, ang mga mananaliksik ay sumulat sa a Genome Biology artikulo na inilathala Lunes, ay sapalarang ipinasok mismo sa halos bawat genome sa mundong ito sa buong ebolusyon ng buhay. Ang mga ito ay lahat na mananatili sa isang serye ng mga mahiwagang mga kaganapan mula sa milyun-milyong taon na ang nakakaraan.

Si Atma Ivancevic, Ph.D., isang post-doctoral neurogenetics at bioinformatics researcher at lead author ng papel, ay nagsimula ng kanyang pag-aaral sa pamamagitan ng pagnanais na ipaliwanag kung bakit ang parehong pusong DNA ay matatagpuan sa mga hayop na napakalayo ng iba't ibang bilang mga urchins at mga tao. Ito ay itinatag na ang karamihan ng mga species sa lupa ay nagbabahagi ng isang malaking halaga ng genetic na materyal - malamang narinig mo na ang mga tao ay nagbabahagi ng halos 99 porsiyento ng aming DNA na may chimps - ngunit ang mga gene ay iba, sabi ni Ivancevic.

"Ang 'paglulon ng mga gene' ay hindi talaga mga gene; sila ay di-coding piraso ng 'junk DNA', "ang sabi niya Kabaligtaran sa isang email. "Mag-isip ng mga ito tulad ng genetic parasites, paglukso sa paligid ng genome sa makasarili gumagaya sa kanilang sarili, at paminsan-minsan paglukso sa pagitan ng mga species."

Sa nakaraang ilang taon, sinimulan namin na maunawaan ang pag-andar ng mga pusong ito ng DNA, ngunit hindi pa rin namin alam kung ano talaga ang ginagawa nila. Ito ang misteryo sa likod ng paglukso ng mga gene: Ang mga ito ay breadcrumbs ng isang trail ng DNA, nakakalat sa buong puno ng buhay. Ngayon, salamat sa papel na ito, maaari nating malaman kung paano nila ginawa ang gulo.

Pahalang na Paglipat

Nalaman ng pananaliksik ni Ivancevic na mayroong dalawang pagkakasunud-sunod ng jumping junk DNA na maaaring masubaybayan sa isang malawak na hanay ng mga uri, na tinatawag na BovB at L1. Tinatawag ng mga mananaliksik ang mga pattern na ito ng mga elemento ng transposable (TEs) dahil sila ay "kumopya at nag-i-paste" nang sapalaran nang sapalaran sa mga genes ng mga hayop mula sa mga urchin sa dagat, sa mga baka, sa mga tao. Ang kakaibang proseso na ito, kung saan ang isang TE ay nagdaragdag ng genetic material ng ibang uri ng hayop, ay tinatawag pahalang na paglipat.

Ang aming karaniwang pag-unawa sa pagpaparami ay inilarawan ng vertical transfer, ang palagay na ang karamihan sa genetic na materyal ay kadalasang naipapasa mula sa magulang hanggang sa bata.

Kapag gumuhit ka ng isang puno ng pamilya, karaniwan mong gumuhit ng mga bata sa ilalim ng kanilang mga magulang, at sa isang kahulugan, ang mga gene ay malamang na mahulog sa mga henerasyon sa ganoong paraan. Ngunit ang ilang mga TEs ilipat pahalang sa buong puno ng buhay, "tumatalon" mula sa DNA ng isang organismo patungo sa isa pa sa pamamagitan ng isang mensahero na tinatawag na "vector." Ang mga siyentipiko ay hindi lubos na nauunawaan kung paano gumagana ang proseso sa pagitan ng mga species, ngunit mayroon silang isang kutob ng tungkol sa kung ano ang mga vectors.

Ang ilang mga organismo, tulad ng bakterya, ay talagang mahusay sa pahalang na paglipat ng mga gene at kadalasang ginagawa ito nang natural, nang walang vector. Ang mga hayop ay hindi maaaring gawin iyon, ngunit maaari silang maging nahawaan ng bakterya, na maaaring maganap bilang mga vectors. Ang papel ay nagpapahiwatig ng ilang malamang mga kandidato para sa papel na ito ng mensahero, kabilang ang mga bed bugs, ticks, at locusts, at hinirang din nito ang ilang mga potensyal na nabubuhay na vector-nilalang, tulad ng mga oysters at sea-worm. Ito ay ang mga vectors na malamang na inilipat ang dalawang piraso ng junk sequences ng DNA, BovB at L1, sa buong species.

Ang talagang kawili-wili ay kung ano ang nangyayari kapag nakakuha ang DNA doon. Pagkatapos mangyari ang isang kaganapan sa paglilipat, ipinapakita ng Ivancevic at ng kanyang koponan, ang DNA ay maaaring magtiklop ng mabilis. Halimbawa, ang BovB ay pinaniniwalaan na unang lumitaw sa mga ahas at pagkatapos ay "lumundag" sa mga baka sa pamamagitan ng pahalang na mga kaganapan sa paglilipat ng milyun-milyong taon na ang nakalilipas, kung saan ito ay ginagaya ng maraming beses. Isipin ito bilang paggawa ng isang karaniwang kopya-at-paste, tanging ikaw ay pindutin ang control-V nang paulit-ulit.

"Sa akin, ang pinaka-kamangha-manghang bagay ay hindi ang paglipat, kundi ang mga epekto sa host genome pagkatapos ng paglipat," sabi ni Ivancevic. "Ngayon ay sumasakop ang BovB tungkol sa 25% ng pagkakasunud-sunod ng genome ng baka. Iyan ay isang malaking pagbabago!"

Naghahanap ng Big Jumps

Upang makita kung gaano kalayo sa puno ng buhay ang mga pagkakasunud-sunod na ito ay na-infiltrated, sinimulan ng koponan ng Ivancevic ang mga genome ng 759 species. Natagpuan nila ang pagkakasunud-sunod ng BovB sa mga hayop na kaagad na nauugnay sa mga ahas, mga baka, mga urchins, mga bat at mga kabayo (bagama't ang mga bat at mga kabayo ay may mababang bilang ng mga kumpletong mga pagkakasunud-sunod ng BovB). Ang pagkakasunud-sunod ng L1 ay tila mas karaniwan. Habang 79 species ay may mga pagkakasunud-sunod ng BovB, 559 Ang mga species ay mayroong L1 sequence. Kasaysayan, ang L1 ay pinaniniwalaang inililipat lamang nang patayo, kaya ang paghahanap ng L1 na pagkakasunud-sunod sa mga disparate species na ito ay isang pambihirang tagumpay.

BovB ay palaging intrigued mananaliksik dahil ito ay gumagawa ng "malaking jumps" sa pagitan ng mga kalapit na kaugnay na species, na nagbibigay ng katibayan na ang ilang mga uri ng pahalang na paglipat ng kaganapan naganap. Ngunit ang nakaraang pagtatasa ay nakabukas lamang ng ilang mga pagkakataon kung saan ginawa ng L1 sequence ang mga malaking jump na ito, na humantong sa mga mananaliksik upang tapusin na ang L1 ay malamang na maipasa lamang nang patayo.

Sa pamamagitan ng paghahagis ng isang mas malawak na net, ipinakita ng koponan ng Ivancevic na mayroong higit na genomic jumping sa paligid kaysa sa naisip namin minsan. "Ang paggamit ng mga hayop, mga halaman AT fungi, ay talagang nakatulong upang i-screen ang maraming mga genome hangga't maaari sa kasalukuyang data. Maraming mga pag-aaral na naghahanap ng cross-Kingdom transfer sa isang malaking sukat, "sabi niya.

Ang natuklasan na ang mga L1 ay naroroon sa 559 na species ay nakakahimok na katibayan na ang L1s nagkaroon ginawa ang mga malaking jumps. Ang pangkat ay tumutukoy sa anim na dating undiscovered L1 "jumps" sa marine species milyon-milyong mga taon na ang nakakaraan bilang posibleng springboard para sa baseng gene na pumasok sa DNA ng mga species sa ganap na magkahiwalay na mga kaharian.

Isinulat nila na ang isa sa mga pahalang na ito ay maaaring lagpasan ang pagkakasunud-sunod ng L1 sa isang sinaunang ninuno ng mga "mammal" na may "hayop" - mga hayop na walang itlog-sa pagitan ng 160 at 191 milyong taon na ang nakalilipas. Mula doon, ang pagkakasunud-sunod ay maaaring maipasa sa patayo sa lahat ng mga inapo ng mga sinaunang hayop, kabilang, marahil, mga tao. Habang ang L1 ay karamihan ay pira-piraso at hindi aktibo sa mga tao, ito pa rin ay binubuo ng 17 porsiyento ng aming genome.

Ang mga natuklasan na katulad nito ay nagpapakita kung paano kahit na ang mga pinakamaliit na puwersa ay maaaring magbago ng ebolusyon. Marahil, milyun-milyong taon na ang nakalilipas, ang isa sa aming pinakamalayo na ninuno ay nakuha sa isang pag-aalala sa isang peste sa dugo na naninirahan sa dagat - marahil ito ay isang dagat na worm - at sa paanuman ay natanggap ang isang iniksyon ng random na DNA. Ngayon, milyun-milyong taon na ang lumipas, ang mga pagbabagong ito ay nanatili sa loob natin, at pa rin namin ang pag-uunawa kung anong mga tungkulin ang kanilang nilalaro.

"Ipinakikita nito kung gaano kalawak ang pagkakaiba ng mga pagkakaiba-iba ng DNA sa ating ebolusyon," sabi ni Ivancevic.