La teoria evolutiva complicata dei geni del salto con il DNA condiviso tra le specie

Di solito al DNA piace seguire le regole. Strands of DNA sono copiati in qualche modo fedelmente, e le copie sono passate dai genitori alla prole, guidando così l'evoluzione come la conosciamo. Ma, secondo le nuove stime, il cinquanta per cento del tuo genoma è anche composto da DNA rinnegato che ama saltare da una specie all'altra. Questo DNA canaglia, i ricercatori scrivono in a Genome Biology L'articolo pubblicato lunedì, si è inserito a caso in quasi tutti i genomi di questo pianeta durante l'evoluzione della vita. Sono tutto ciò che rimane di una serie di eventi misteriosi risalenti a milioni di anni fa.

Atma Ivancevic, Ph.D., ricercatrice di neurogenetica e bioinformatica post-dottorato e autrice principale del giornale, ha iniziato il suo studio cercando di spiegare perché lo stesso DNA canaglia possa essere trovato in animali tanto diversi quanto i ricci di mare e gli umani. È stabilito che la maggior parte delle specie sulla terra condividono una grande quantità di materiale genetico - probabilmente avete sentito che gli umani condividono circa il 99 percento del nostro DNA con gli scimpanzé - ma questi geni sono diversi, dice Ivancevic.

"I" geni di salto "non sono in realtà geni; sono pezzi non codificanti di 'DNA spazzatura' ", racconta Inverso in una email "Pensa a loro come parassiti genetici, saltando attorno al genoma per replicarsi egoisticamente e talvolta saltando tra le specie."

Negli ultimi anni, abbiamo iniziato a capire la funzione di questi frammenti di DNA canaglia, ma ancora non sappiamo esattamente cosa fanno. Questo è il mistero dietro i geni che saltano: sono pangrattato di una scia del DNA, disseminata lungo l'albero della vita. Ora, grazie a questo documento, potremmo finalmente scoprire come hanno fatto un tale casino.

Trasferimento orizzontale

La ricerca di Ivancevic ha scoperto che ci sono due sequenze di DNA spazzatura che può essere rintracciata in una vasta gamma di specie, chiamate BovB e L1. I ricercatori chiamano questi modelli di elementi trasponibili (TE) perché "si copiano e incollano" casualmente in tutti i geni degli animali dai ricci di mare, alle mucche, agli umani. Questo strano processo, in cui un TE invade il materiale genetico di un'altra specie, viene chiamato trasferimento orizzontale.

La nostra comprensione standard della riproduzione è descritta da trasferimento verticale, il presupposto che la maggior parte del materiale genetico viene solitamente trasmessa da genitore a figlio.

Quando disegni un albero genealogico, di solito trascini i bambini sotto i loro genitori e, in un certo senso, i geni tendono a cadere lungo le generazioni in quel modo. Ma alcuni TE si muovono orizzontalmente attraverso l'albero della vita, "saltando" dal DNA di un organismo a un altro attraverso un messaggero chiamato "vettore". Gli scienziati non comprendono appieno come funziona il processo tra le specie, ma hanno un'idea di cosa potrebbero essere i vettori.

Alcuni organismi, come i batteri, sono veramente bravi nel trasferimento orizzontale dei geni e spesso lo fanno naturalmente, senza un vettore. Gli animali non possono farlo, ma possono esserlo infetto dai batteri, che possono quindi fungere da vettori. Il documento suggerisce alcuni possibili candidati per questo ruolo di messaggero, tra cui cimici dei letti, zecche e locuste, e nomina anche alcune potenziali creature acquatiche, come le ostriche e i vermi. Sono questi vettori che probabilmente spostarono i due bit di sequenze di DNA spazzatura, BovB e L1, attraverso le specie.

Ciò che è veramente interessante è ciò che accade una volta che il DNA arriva lì. Dopo che è avvenuto un evento di trasferimento, Ivancevic e il suo team dimostrano che il DNA può replicarsi rapidamente. Ad esempio, si ritiene che BovB sia nato per la prima volta nei serpenti e poi "saltato" alle mucche attraverso eventi di trasferimento orizzontale milioni di anni fa, dove è stato replicato più volte. Pensa a un normale copia-e-incolla, solo che colpisci più volte control-V.

"Per me, la cosa più sorprendente non era il trasferimento, ma gli effetti sul genoma ospite dopo il trasferimento", dice Ivancevic. "Ora BovB occupa circa il 25% della sequenza del genoma della mucca. Questo è un enorme cambiamento!"

Alla ricerca di grandi salti

Per vedere fino a dove si infiltravano le sequenze nell'albero della vita, la squadra di Ivancevic ha studiato i genomi di 759 specie. Hanno trovato la sequenza di BovB in animali lontanamente imparentati come serpenti, mucche, ricci di mare, pipistrelli e cavalli (anche se pipistrelli e cavalli avevano un basso numero di sequenze complete di BovB). La sequenza L1 sembrava essere ancora più diffusa. Mentre 79 specie avevano sequenze di BovB, 559 le specie avevano sequenze L1. Storicamente, si riteneva che L1 fosse trasferito solo verticalmente, quindi trovare la sequenza L1 in queste specie disparate è stata una svolta.

BovB ha sempre affascinato i ricercatori perché fa "grandi salti" tra specie lontane, fornendo la prova che un certo tipo di evento di trasferimento orizzontale ha avuto luogo. Ma le analisi precedenti hanno mostrato solo alcuni casi in cui le sequenze L1 hanno fatto questi grandi salti, il che ha portato i ricercatori a concludere che L1 è stato probabilmente trasmesso solo verticalmente.

Lanciando una rete più ampia, la squadra di Ivancevic ha dimostrato che c'è stato un salto genomico più intenso di quanto pensassimo."L'uso di animali, piante e funghi ha davvero aiutato a schermare quanti più genomi possibili con i dati attuali. Non ci sono molti studi che cercano il trasferimento su tutto il Regno su larga scala ", dice.

La scoperta che gli L1 sono presenti in 559 specie è stata una prova convincente di L1 aveva fatto questi grandi salti. La squadra punta a sei "salti" L1 precedentemente sconosciuti in specie marine milioni di anni fa come possibile trampolino di lancio per questo gene spazzatura per entrare nel DNA delle specie in regni completamente separati.

Scrivono che uno di questi eventi orizzontali avrebbe potuto scoppiare la sequenza L1 in un antico antenato di mammiferi "terian" - animali che non depongono uova - tra 160 e 191 milioni di anni fa. Da lì, la sequenza avrebbe potuto essere trasmessa verticalmente a tutti i discendenti di quegli antichi animali, inclusi, forse, gli umani. Mentre L1 è per lo più frammentato e inattivo negli esseri umani, esso costituisce ancora il 17% del nostro genoma.

Giudizio come questi illustrano come anche le più piccole forze possano rimodellare l'evoluzione. Forse, milioni di anni fa, uno dei nostri antenati più lontani entrò in un alterco con un parassita succhiasangue che abitava sul mare - forse era un verme marino - e in qualche modo ricevette un'iniezione di DNA casuale. Ora, milioni di anni dopo, quei cambiamenti persistono dentro di noi, e stiamo ancora cercando di capire quali ruoli interpretano.

"Mostra quanto gli scambi casuali di DNA possono modellare la nostra evoluzione", dice Ivancevic.