Новости искусства

Представители отряда палочников имеют биохимический арсенал пектиназы — ферменты, расщепляющие пектиновые вещества. Сравнивая гены пектиназ на палочников и других двух групп животных (жуков листоедов и нематод), а также различные бактерии, международная группа ученых определила источник этих генов. Палочники, как оказалось, получили гены, пектиназ и их бактериальных соседи — гамма-протеобактерий, которые живут в кишечнике и кормовых растений. Новое биохимическое свойство оказалось для растительноядных палочников очень полезно: она резко ускорило видообразование, так что в конце концов было расширенном формате, который включает в себя около 3000 видов. Это только один пример формирования таксона высокого ранга — организма — после обретения нового критерия, в этом случае, биохимических и также позаимствованного от бактерий путем горизонтального переноса генов.

Новое убедительное доказательство горизонтального переноса генов (ГПГ) от прокариот к эукариотам представили ученые из Института химической экологии имени Макса Планка в Йене (Германия) с коллегами из Института зоологии и эволюционной биологии Йенского университета, Института зоологии и антропологии Геттингенского университета Ниццы (Франция) и Национального китайского банка генов в Шэньчжэнь. Сам факт того, ГПГ от бактерий к эукариотам уже не слишком удивительно: до сих пор нашли множество нагляднейших примеров этого явления (Бактериальные гены помогают нематодам паразитировать на растениях, «Элементы», 18.10.2010; Животные обмениваются генами с бактериями, паразитическими, «Элементы», 05.09.2007 Года; Горизонтальный обмен генами заменяет коловраткам половое размножение, «Элементы», 07.06.2008). Новый, например, помимо доверия, доказательство того, горизонтального переноса от бактерий к эукариотам, интерес два аспекта дополнительные. Во-первых, это случай множества независимых ГПГ аналогичные функции; во-вторых, в этом случае хорошо обоснована идея о взрывной эволюции, которые привели к образованию обширных таксона высокого ранга. Другими словами, мы можем видеть, например, чтобы стать большим таксона после покупки полезно бактериальных генов.

Речь идет о чрезвычайно разнообразны блок палочников Phasmatodea, объединяющем около 3000 видов. Современные систематики делятся на несколько подотрядов и семейств, самым примитивным из которых Timematodea. Он включает в себя природу Timema с 20-30 видов. Палочники, а именно предки Timema, появились около 125 миллионов лет назад, тем не менее, интенсивное видообразование в этой группе, судя по молекулярным данным, это произошло в начале кайнозоя, 60 миллионов лет назад. Затем, в Timema были добавлены и остальные члены семьи палочников. Период их активного видообразования, как раз совпадает с бурной излучения цветущих растений.

В этом кстати нет ничего удивительного, в конце концов, насекомые предпочитают придерживаться строго вегетарианской диеты. Они высасывают соки растений, а также эффективно употребление этих продуктов, вы должны разложения твердых веществ растительных тканей — целлюлоза и пектины. Как правило, эти насекомые занимаются их микросимбионты, которые живут в пищеварительном тракте. Но не всегда. Таким образом, было показано, что некоторые группы насекомых имеют свои собственные пектиназы (см. Pectinase), способных расщеплять пектин не хуже бактериальных аналогов. Так же счастливым обладателям пектиназ включают представителей жуков-листоедов, долгоносиков и палочников, а кроме того собственной пектиназной базы взял некоторые нематоды, которые живут в корнях растений. Где пектиназы в эти группы?

В связи с этим предлагаются два очевидных предположения. Первый — пектиназные коллеги имели предков линяющих (не будем забывать, что пектиназы есть на нематод и независимых отрядов насекомых); в ходе эволюции на всех линиях членистоногих, предпочитает белковые диеты, пектиназы исчезали, оставаясь только на растительноядных специалистов. Вторая гипотеза — ГПГ, через которые отдаленные группы животных получили пектиназные гены независимо друг от друга. Источником генов пектиназ могут быть различные группы бактерий. Эти предположения можно проверить. Если верна первая из них, то все пектиназы, доступных на червей и насекомых, должны быть похожи. Происхождение их может быть вычтена из любой предковой линии. Если вторая гипотеза верна, то происхождение наборы пектиназ в трех группах будет мало общего: наверное, они реконструируются два или три главных корня.

Ученые выбрали из базы генетической информации GenBank все данные по нуклеотидным последовательностям пектиназ насекомых, добавил свои собственные данные, полученные путем транскриптомам шесть представителей палочников, четыре из которых были изучены наиболее тщательно. Случилось так, около 90 вариантов пектиназ. Затем их сравнили между собой и с пектиназами линий различных бактерий. Результаты сравнения показали, что пектиназы червей, жуков-листоедов и палочников группируются отдельно, и каждый кластера соответствуют свои специфические бактериальные пектиназы. Нематодные пектиназы близко к ферментам гамма-и бета-протеобактерий, пектиназы жуков — на пектиназам бактерий типа Bacteroidetes, а палочников — гамма-протеобактерий, не родственных вдоль линий опоры нематодных пектиназ.

Филогения генов пектиназ на насекомых, червей и бактерий. Палочники — зеленый кластера, листоеды — оранжевый кластера, нематоды — красный кластера. Видно, что каждая группа животных почти в бактериальных линии (они будут представлены синим цветом). Рисунок обсуждали статью в Scientific Reports

Это безусловное свидетельство независимого приобретения генов пектиназ бактерий. Итак, сценарий родом присутствии пектиназ от общих предков линяющих животных, не подтверждается. Насекомые и нематоды позаимствовали гены пектиназ, когда возникла необходимость, и, скорее всего, по счастливой случайности. Правообладателями этих генов были или бактерии-симбионты, или в воздухе бактерий, которые живут в кормовых растений.

Пектиназы были найдены в четырех из пяти больших подгруппы палочников. Активность пектиназ в каждый из этих четырех подгрупп имеет свои особенности, образуя четкие кластеры. Другими словами, активность пектиназ вы можете точно указать, к какой семье относится исследуемый представитель палочников, или, наоборот, для каждого представителя палочников может быть предсказано множество его пектиназ. Но самое интересное в этой картине не присутствие, а отсутствие пектиназ в пятой подгруппы палочников. Этот член Timematidae, примитивных насекомых палкой.

Филогения родства палочникам групп насекомых и ее наличие пектиназ (зеленая зона). На палочников Timema пектиназ не. Шкала в нижнем левом углу показывает время разделения ветвей (в млн. лет назад). Рисунок обсуждали статью в Scientific Reports

Ученые не без оснований считают, что пектиназные гены пришли к палочникам после формирования этой семьи, но, прежде чем начать интенсивного видообразования в этой группе. Timematidae существовали в течение 60 миллионов лет, пользуясь услугами, бактериальных сожителей, расщепляющих пектиновые вещества. Затем, после получения от них гена/генов, пектиназ в пользование, личной, началось быстрое видообразование палочников. В конечном счете, очень быстро создали сотни новых видов. Эти виды объединены в одном теле. Но не знает, как поступили бы, систематики, в случае, если из всех палочников они могли быть известны только Timema. Вероятно, присоединенный к отряду родства эмбий или тараканосверчков.

Но, так или иначе, перед нами разнообразный тела, которые сформировались не в последнюю очередь за счет приобретения полезных биохимических уполномоченным. Он дал им возможность лучше справляться с обильными, но это трудно перевариваемой пищи. Этот знак не формировался постепенно в ходе эволюции, и был получен из бактериальных соседей с помощью ГПГ. Это событие — горизонтальный перенос генов — это произошло в нужное время (излучения цветущих растений) и правильной группы (предрасположенной к растительного пищевого).

Источник: Матан Shelomi, Этьен G. J. Своей Бабушкой, Дэвид Heckel, Бенджамин Wipfler, Sven Bradler, Чжоу Синь & Yannick Pauchet. Horizontal Gene Transfer of Pectinases from Бактерии Preceded the Diversification of Stick and Leaf Insects // Scientific Reports. 2016. DOI: 10.1038/srep2638.

Елена Наймарк