概要
熱帯雨林の葉の上にとまる小さな金色のマンテラガエルには秘密があります。 その秘密は、マダガスカルの島国の丘や森に生息するフォークタンガエル、ヨシガエル、その他の無数のカエルや、それらを捕食するボアやその他のヘビと共有されています。 この島では、多くの動物種が他のどこにも生息していませんが、遺伝学者は最近、驚くべき発見をしました。 ボブB、それはヘビから来たようです。
科学者たちは、世界中のカエルとヘビの種のゲノムを調べた後、XNUMX 年 XNUMX 月に報告しました。 紙 in 分子生物学と進化 この遺伝子はヘビからカエルへと地球上を少なくとも 50 回移動したと考えられています。 しかし、マダガスカルでは、驚くべき乱交でカエルに侵入しました.そこでサンプリングされたカエル種の91％がそれを持っています. 何かがマダガスカルを、遺伝子が移動するのに非常に有利な場所にしているようです.
日時 倉林淳長浜生命科学技術研究所の准教授であり、新しい論文の主任著者である . ゲノミクスが専門の同僚に聞いてみたところ、同僚はすぐに「水平転移に違いない！」と怒鳴った。 — 親から子への遺伝子の垂直継承とは対照的に、ある種から別の種への遺伝子の伝達。
その爆発は、かつて非常にまれであると考えられていた現象の追跡に倉林を送りましたが、より優れたゲノム配列決定の台頭により、生物学者はその意見を再評価しています. そして、この新しい論文は、遺伝子の水平転送が他の場所よりもある場所で起こりやすいことを示しており、この話をさらに複雑にしています. 水平移動の説明を求めるとき、研究者は単純な遺伝的メカニズムを超えて、種が生息する生態学的状況に目を向ける必要があるかもしれないことを示唆しています。 ゲノミストは、複雑な生物で水平移動がどの程度一般的またはまれであるかを理解するのにまだ苦労していますが、マダガスカルのようないくつかの場所はそれらのホットスポットである可能性があります.
概要
遺伝子が彷徨うとき
細菌では水平移動が一般的です。 地球上のほぼすべてのおなかに生息する単細胞生物は、糸くずのブラシが猫の毛を拾うのと同じくらい簡単に、環境から遺伝子を拾い上げます。 これが、抗生物質に対する細菌の耐性が広まっている理由の XNUMX つです。防御遺伝子は容易に伝わり、自然淘汰によって、耐性菌は近隣の細菌を打ち負かし、その遺伝子を次の世代に確実に伝えます。 細菌は非常に容易に遺伝子を交換するため、一部の科学者は細菌が形成することを提案しています。 関連する生命のウェブ 分枝家系ではなく。
しかし、人間、カエル、ヘビなどの真核生物の細胞は異なります。 彼らの細胞核は、通常、ゲノムを保護するための要塞のように見えます。 DNA は慎重に巻き上げられて城塞のライブラリーに保管され、酵素は常に調べる必要のある遺伝子のみを呼び出します。 セルにはフェイルセーフが搭載されており、DNA の損傷を防ぎ、摩耗や損傷を修復します。 ゲノムが貴重な写本のようなものである場合、その図書館員は剣を持っています。
それにもかかわらず、真核生物が関与する水平遺伝子伝達の例は、科学文献に少しずつ増え続けています。 ニシンとワカサギは、北極海、北太平洋、北大西洋の氷の海で泳ぐ無関係な魚で、 全く同じ遺伝子 血液が凍らないようにするタンパク質。 ニシンからワカサギに飛び込んだ可能性があります。 ローリー・グラハムカナダのクイーンズ大学の分子生物学者と彼女の同僚は、昨年それを報告しました。 彼らの発見は非常に直感に反していたため、グラハムは研究を出版するのに苦労しました。
同様に、進化生物学者 エティエンヌ GJ ダンチン フランスの国立農業・食糧・環境研究所の彼の同僚は研究しています 一連の酵素 線虫がバクテリアから得たものです。 そして、100 を超える遺伝子ファミリーがずっと前に微生物から植物へと飛躍したと思われる、と書いています。 ジンリン・ファン 東カロライナ大学とその同僚の 紙に 今年。
進化がこれらのありそうもない転送のいくつかに微笑んだ理由は、美しく明確な理由があります. 遺伝子を持つ魚は凍らない。 線虫の消化酵素は、食べる植物の細胞壁からより多くのエネルギーを引き出すことを可能にします。 バクテリアから拾った酵素のクラスターのために、進化生物学者によって研究された温泉に生息する紅藻 デバシシュバタチャリヤ と彼の生徒 ジュリア・ヴァン・エッテン ラトガース大学の研究者は、そうでなければ死に至るであろう物質との接触に耐えることができます。 遺伝子が生存率を高める場合、それを獲得した最初の生物の子孫が引き継ぐまでにそれほど時間はかかりません。
しかし、これらの放浪遺伝子のすべてが必ずしも利点をもたらすわけではありません。 ボブB よく知られているトランスポゾンであり、ゲノムの周りをランダムにジャンプする傾向がある遺伝物質のスクラップです。 ある意味では、マダガスカルでのヘビからカエルへのジャンプは、どのように発生したとしても、通常よりも奇妙に大きなジャンプです。 さらに、トランスポゾンは持つことができますが、 ゲノムへの深刻な影響, ボブB 伝統的な意味での機能を持つ遺伝子ではありません。 それ自体のコピーを作成するのは、ほんの少しの DNA です。 倉林氏は、 ボブB カエルが恩恵を受けた可能性は否定できません。 ボブB 自己複製での積極的な成功を通じて持続します。 これは、真核生物が他の生物の遺伝物質と一緒になってしまう理由を説明するのに役立つかもしれません。 のようなトランスポゾン ボブB 関わることが多い.
真核生物が細菌から遺伝子を拾うのは奇妙に思えるかもしれませんが、逆方向への水平遺伝子伝達の例は非常にまれであるという事実はさらに奇妙です. 何らかの理由で、バクテリアは私たちの遺伝子を欲しがりません。 真核生物の遺伝子には、細菌にとって完全な材料とは言えない構造上の特徴がありますが、他の要因もある可能性があります。
「おそらく、真核生物はバクテリアが興味を持っている遺伝子を持っていないでしょう」と彼は言いました。 パトリック・キーリング水平移動を研究しているブリティッシュコロンビア大学の生物学者。
ウイルスに行く
細菌とは異なり、ウイルスは真核生物の宿主から遺伝子を拾い上げる真の才能を持っています。 ウイルス、特にレトロウイルスと呼ばれるものは、宿主の細胞や核に侵入するツールを持っており、宿主のゲノムに遺伝物質を挿入するマスターです。 ヒトゲノムの最大 8% は、レトロウイルスの残り物で構成されています。これは、私たちの種の歴史におけるはるか昔の感染の断片です。
転送が逆になることもあります。 の 紙 に発表され 自然の微生物 昨年XNUMX月、彼の協力者であるキーリング ニコラス・アーウィン オックスフォード大学の博士らは、201 の真核生物と 108,842 のウイルスとの間の水平遺伝子伝達の最初の包括的な分析を行いました。 彼らは、6,700 以上の遺伝子伝達の証拠を発見し、宿主からウイルスへの伝達は、ウイルスから宿主への伝達の約 XNUMX 倍の頻度で行われました。 彼らは、遺伝子の水平伝達が双方の進化の主要な推進力であったと結論付けました。新しい方法での新陳代謝。
このような発見により、一部の生物学者は、少なくともいくつかの水平遺伝子伝達がウイルスによって促進される可能性があると確信しています。 ウイルスが宿主から遺伝子を拾うことができ、ゲノムの断片を残すことができれば、最後に感染した宿主、または何世代も前の宿主から遺伝子を渡して、新しいホスト。
ウイルスの関与は、真核生物の水平移動に関する別の謎を解くのにも役立つ可能性があります。 転移が起こるためには、移動する遺伝子が一連のハードル全体をクリアする必要があります。 まず、ドナー種から新しいホスト種に到達する必要があります。 次に、それらは核に入り、宿主ゲノムに収まらなければなりません。 カエルやニシンのような多細胞生物では、精子や卵子などの生殖系列細胞に侵入できなければ、遺伝子は動物の子孫に受け継がれません。
ウイルスは、その一連のイベントの可能性を高める可能性があります。 ダンチン氏によると、線虫のような小さな生物では、生殖管とその生殖細胞は腸管からそう遠くないところにあり、そこでは食物に取り込まれたウイルスが定着する可能性があります。 カエルは卵子と精子を外洋に放出するため、これらの細胞は環境内の遺伝子に侵入する可能性のあるウイルスに対して潜在的に脆弱です。
大きな生き物でも、思ったより簡単かもしれません。 現時点ではまだ憶測の域を出ていませんが、「生殖器官は微生物やウイルスでいっぱいです」とダンチン氏は述べています。 「一部のウイルスは生殖細胞に特異的に感染することがわかっています。」
キーリングは、遺伝子の水平伝達の謎を理解するには、生物の行動、その隣人、およびその環境の生態学的な結果としてそれらを考えるべきだと示唆している. 水平に移入された遺伝子が生存に何らかの利益をもたらすとすれば、それは遺伝子の受容者が自分自身を見つける特定のシナリオに大きく依存する可能性が高い. 「彼らは、それが存在する生態系と非常に結びついていますが、それは変化します」と彼は推測しました. 環境が間違って変化すると、導入された遺伝子は「もはや有利ではなくなり、失われます」。
生態学的手がかり
真核生物の水平遺伝子伝達は、裏庭の池、足元の土、生態系を構成する動物、昆虫、植物など、常に起こっている可能性があります。 「私たちが知っているよりもはるかに多くの移籍があると思います」とBhattacharyaは言いました。 「彼らは一掃されたので、私たちは彼らを見ません。」
カエルがヘビを持っていることがどれほど一般的かを調べるには ボブB、倉林のチームは、DNA配列決定のために世界中からカエルのサンプルを求めて同僚に連絡を取りました。 彼らは、149 種のうち 50 種が ボブB. 彼らがテストした 32 匹のマダガスカルのカエルは、サンプリングされたすべての種の 29 分の XNUMX 未満でしたが、そのうち XNUMX 匹はヘビの遺伝子を持っていました。 さらに、カエルの血統のうち少なくとも XNUMX つは獲得できませんでした。 ボブB 彼らの祖先がアフリカからマダガスカルに移住するまで.
この論文の最も興味深い点は、「転送率が一様ではないことを示していることです。 地域によって大きく異なります。」 世界中の遺伝子伝達を調べることを目標に、さらに多くの研究が開始された場合、つまり、伝達がさまざまな場所で異なる速度で発生したかどうかを確認すると、私たちが発見したことは私たちを驚かせるかもしれません. おそらく、地理は私たちが思っている以上に重要です。
マダガスカルの環境には、遺伝子導入のホット スポットになっている何かがありますか? 誰も知らない。 倉林は、彼と彼のグループは、ヘビが ボブB in Madagascar は、世界の他のバージョンとは異なり、新しいホストに自分自身を取り込むのが少しだけ優れています.
しかし、島に寄生虫がたくさんいることも一因かもしれません。 たとえば、「マダガスカルにはヒルがたくさんいます」と、 ミゲル・ヴァンセス、ドイツのブラウンシュヴァイク工科大学の爬虫両生類学者であり、新しい論文の著者です。 「あなたが熱帯雨林にいるなら、あなたはそれらに気付くでしょう。」 吸血生物は、カエルやヘビを含む多くの種類の動物を食べており、人間をサンプリングする以上のものではありません。 Vences と彼の同僚は、ヒルがヘビの跳躍遺伝子を含む血液をカエルにもたらす可能性があると推測しています。あるいは、過去のヘビとの接触により、跳躍遺伝子がすでにヒル自身のゲノムに存在している可能性があると推測しています。 その後、未確認のウイルスが残りを行う可能性があります。
残念ながら、このような水平転送がどのように発生したかを説明するシナリオを証明または反証することは容易ではありません。 DNA配列を保存するための選択がなければ、それらは長期間にわたって変異し、混乱する傾向があり、転移の分子的証拠を消去します. そして、感染にウイルスが関与している場合、そもそもほとんど証拠が残らない可能性があると Graham 氏は述べています。 したがって、研究者は、それがどのように起こっているかを知るために、その行為の遺伝子ジャンプを捕まえる必要があるかもしれません.
Bhattacharya は、まさにそれを目指したプロジェクトの初期段階にあります。 イエローストーン国立公園のレモネード クリークにある温泉で、彼と彼の同僚は、まだ根付く過程にある可能性のある移動の兆候を探しています。 彼らは紅藻類の DNA を研究しており、その遺伝子は泉に生息するバクテリアからもとの遺伝子とわずかな違いしかない遺伝子を拾い上げたものです。 「私たちは何百万年も前のことを話しているのではありません」と Bhattacharya は言いました。 「私たちが話しているのは、同じ環境で、生命の XNUMX つの異なる領域に共存する非常に類似した DNA のことです。」
近くの泉の藻類にこれらの伝達された遺伝子のいずれかが欠けていることを科学者が発見した場合、科学者たちは、隣接する泉から次の泉へと、藻類を通って外側に移動する遺伝子変化の波紋の始まりを目の当たりにしている可能性があります。 それぞれの新しいホット プールは、変革の瀬戸際にある島である可能性があります。
