Новость

Латеральный или горизонтальный перенос генов

Вопрос быстрого получения урожая – вполне насущный вопрос, не правда ли? Понять какие механизмы приводят к старению растений и повлиять на этот процесс тоже очень и очень нужно, согласны?

На такие, вполне практические, вопросы может ответить направление биоинженерии. Попутно, разбираясь в сложных вопросах строительства генома, можно научиться безопасно моделировать его для решения актуальных задач. 

 

 

И вот вам «картинка»: два взрослых сидят и собирают сложный конструктор лего, между ними ходит ребенок со своим набором деталей и в случайном порядке ставит в конструкции взрослых свои детали. Зачем он это делает непонятно, наверное, и взрослым, и ребенку, но детали начинают в этих сложных конструкциях выполнять функции, которые не были предусмотрены и каким-то чудесным образом у окончательной конструкции появляются новые свойства.

Интересный процесс, неправда ли?

 

Именно такой смысл у сложного процесса, который в биологии называется «горизонтальный перенос генов», когда организм передает генетический материал не родственному организму. Это вполне частое явление у таких организмов, как бактерии (условный ребенок). «Доставкой» генов, например, занимаются вирусы бактерий – фаги,  (условный рюкзачок для переноса игрушек ребенка). Этот процесс вносит свой вклад в развитие и изменение организмов – хозяев (условные взрослые).

 

Хорошо известным всем примером могут служить клубеньки и опухоли на корнях растений. Происходит очень интересный процесс, когда почвенные бактерии внедряют фрагменты своей ДНК в ДНК растения-хозяина, что вызывает разрастание опухоли на корне растения. Обычно такие чужеродные ДНК не передаются по наследству, и весь процесс ограничивается отдельным представителем. Однако в природе случалось и так, что встроенная ДНК бактерий передается растениями по наследству и тогда остается с ними уже навсегда. Из известных сейчас такими растениями являются сладкий картофель, чай, арахис, клюква, гуава, банан, голубика и другие, используемые в пищу и напитки. Их еще называют природно-трансгенными, поскольку внедрение чужеродной ДНК в их геном произошло не специально человеком, а естественным путем в процессе эволюции. Однако поскольку это явление стало известно сравнительно недавно, функции этих участков ДНК до сих пор не полностью изучены и очень важно понять какую роль они играют в растениях-хозяевах.

 

Группа ученых из ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН под руководством к.б.н. Юрия Николаевича Шкрыля провела ряд экспериментов по изучению свойств одного из генов такой бактериальной ДНК, примерно два миллиона лет назад случайно попавшей в ДНК растений – гена RolB/RolC из бактерий Agrobacterium rhizogenes.

Оказалось, что геном сладкого картофеля - батата (Ipomoea batatas) содержит повторы гена rolB/C, зеркально располагающиеся друг относительно друга. Работает ген во всех частях растений, однако наиболее активно в клубнях и старых листьях с признаками хлороза.  А в других растениях, например, Arabidopsis thaliana, этот ген способствует раннему цветению, изменяет внешний вид листьев и способствует быстрому старению растений. Опыты с каланхое показали, что у него этот ген не вызывает формирование волосатых корней или опухолей.

Результатом этих работ стал вывод о том, что бактериальный ген rolB/C, являющийся при этом неотъемлемой частью ДНК батата, участвует в программах старения листьев, запускаемых под воздействием естественного старения или, например, под воздействием темноты, а также способствует скороспелости растений.

 

Автор: к.б.н., в.н.с. лаб. бионанотехнологий и биомедицины Юрий Николаевич Шкрыль, ФНЦ Биоразнообразия ДВО РАН, г. Владивосток

Подробнее ознакомиться результатами исследования можно здесь: https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.10.018