Pektinazės genų generavimas iš proteobakterijų dramatiškai pagreitino vabzdžių susidarymą • Elena Naimarkas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Entomologija, evoliucija, genetika

Pektinazės genų generavimas iš proteobakterijų dramatiškai pagreitina vabzdžių formavimąsi.

Skirtingų šeimų atstovai ir slaptų vabzdžių, su kuriais buvo tiriami pektinazai, pavaldiniai. Laikrodžio rodyklė pradedama viršuje, kairėje: Kalimantano Stickman Aretaon asperrimus (nuotrauka iš biolib.cz), Kalifornijos lazdelės Timema cristinae (nuotrauka iš sciencebrainwaves.com), vietnamiečių lazdelės Ramulių artemisas (nuotrauka iš skorpione.de), "Cordillera" lazdyno "Peruphasma schultei" (nuotrauka iš insekten-kleinanzeigen.net), rožinės-sparnos muskuso lazda Sipyloidea sipylus (nuotrauka iš wikimedia.org)

"Stick" vabzdžių vieneto atstovai savo biocheminiuose arsenaluose yra pektinazė – fermentai, kurie suskaido pektiną. Pektinazių genų palyginimas su vabzdžiais ir dviem kitomis gyvūnų grupėmis (lapkanaliais ir nematodais) bei skirtingomis bakterijomis, tarptautinė mokslininkų grupė nustatė šių genų šaltinį. Paaiškėjo, kad valgomųjų lazdelės gavo pektinazės genus iš jų bakterijų kaimynų – gama proteobakterijų, kurios gyvena jų žarnose ir jų maisto augaluose. Naujas biocheminis turtas pasirodė esąs labai naudingas žolėdžiams vabzdžiams: jis smarkiai pagreitino rūšiavimą, todėl susidarė didelė grupė apie 3000 rūšių. Tai išskirtinai aiškus aukšto rango taksono formavimo pavyzdys – atskyrimas – įgijęs naują požymį,šiuo atveju biocheminiai ir, be to, pasiskolinti iš bakterijų dėl horizontalaus genų perdavimo.

Nauja įtikinamų įrodymų, kad horizontalaus genų perdavimo (PIP) nuo prokariotų į pateiktus mokslininkų Cheminės ekologijos Makso Planko instituto Jenos (Vokietija) ir jo kolegos iš zoologijos instituto ir evoliucinės biologijos universiteto Jenos instituto Zoologijos ir antropologijos Getingeno universitetas, Nicos universitete eukariotų (Prancūzija ) ir Nacionalinis Kinijos ženminbi bankas Šendženas. Pats faktas, kad PIP nuo bakterijų eukariotų nėra pernelyg keista: iki šiol rado ryškiausių pavyzdžių šio reiškinio daug (bakterijų genų padėti nematodai parazituoja augalus, "elementai", 18.10.2010; Gyvūnai keitimo genus parazitinių bakterijų, "Elements", 05.09 .2007; Horizontali genų mainai pakeičia rotifers seksualinę reprodukciją, "Elements", 2008.06.07). Naujas pavyzdys, be patikimos horizontalaus perkėlimo iš bakterijų į eukariotų faktą įrodymas, yra įdomus dviejuose papildomuose aspektuose. Pirma, tai yra kelis nepriklausomus HGT, turinčios panašią funkciją; antra,šiuo atveju spontaniškos evoliucijos idėja, dėl kurios atsirado didelis aukšto rango taksonas, yra pagrįsta. Kitaip tariant, matome didelių taksonų susidarymo pavyzdį po naudingo bakterinio geno įsigijimo.

Tai labai įvairus Phasmatodea vabzdžių sluoksnis, jungiantis apie 3000 rūšių. Šiuolaikiniai taxonomistai juos padalija į keletą pavedimų ir šeimos, kurių primityviausia yra Timematodea. Tai apima vieną genetą Timema su 20-30 rūšių. Valgyklos, būtent protėviai Timema, pasirodė maždaug 125 milijonų metų, tačiau, remiantis molekuliniais duomenimis, intensyvus šios grupės įvaizdis atsirado prieš 60 milijonų metų pradžioje kenozočių. Tada į Timema pridėjo visas kitas šakų vabzdžių šeimas. Aktyviosios rūšies laikotarpis sutampa su audringa žydinčių augalų spinduliuote.

Šis sutapimas nėra nenuostabu, nes lazdos vabzdžiai nori griežtos daržovių dietos. Jie čiulpia augalų sultą ir, norėdami efektyviai vartoti šį maistą, jie turi sugebėti sugriauti patvarių augalų audinių medžiagas – celiuliozę ir pektinus. Vabzdžiuose tai paprastai daro mikroskibliukai, gyvenantys virškinimo trakte. Bet ne visada.Taigi buvo įrodyta, kad kai kurios vabzdžių grupės turi savo pektinazės (žr. Pektinazę), galinčios pektiną skaldyti taip pat, kaip ir bakterijų analogai. Tokie laimingi pektinazių savininkai yra lapkritakių, senvelių ir vabzdžių lazdos atstovai, be to, augalų šaknyse gyvenantys nematodai įsigijo savo pektinazių bazę. Kur šios grupės yra iš pektinazių?

Šiuo klausimu siūlomos dvi akivaizdžios hipotezės. Pirmasis – pektinazės analogai buvo išliejimo protėviai (nepamirškime, kad nematodams ir nesusijusioms vabzdžių grupėms yra pektinazės); kai visų nariuotakojų linijų, kurios mėgsta baltymų dietą, evoliucija išnyko pektinazės, likusios tik tarp fitofagų specialistų. Antroji hipotezė yra HGP, dėl kurios nutolusioms gyvūnų grupėms pektinazės genai buvo gauti nepriklausomai vienas nuo kito. Pektinazės genų šaltinis gali būti įvairių grupių bakterijos. Šios hipotezės gali būti išbandytos. Jei pirmasis iš jų yra tiesus, tada visi nematoduose ir vabzdžiuose esantys pektinazės bus panašūs. Jų kilmė gali būti kilusi iš bet kurios vienos protėvių linijos.Jei antroji hipotezė yra teisinga, tada iš pektinazių į tris grupes rinkinių kilmė turi mažai ką bendro, tikriausiai, jie rekonstruoti du ar tris originalų šaknis.

Mokslininkai pasirinktas iš genetinės informacijos GenBank duomenų bazėje apie nukleotidų sekas pektinazių vabzdžius, pridūrė savo duomenis, gautus iš šešių atstovų lazdas vabzdžių, iš kurių keturi yra tiriamas nuodugniau transcriptome. Pasirodo apie 90 pektinazių variantų. Tada jie buvo palyginti tarpusavyje ir su įvairių bakterijų linijų pektinazėmis. Palyginimo rezultatai parodė, kad pektinazės nematodų, lapų vabalai ir klijuoti vabzdžiai sugrupuoti atskirai, ir kiekvienai grupei atitinka jų konkrečius bakterijų pektinazių. Nematodų pektinaziniu fermentai yra arti gama ir beta-proteobakterijos, pektinazių vabalai – pektinaziniu bakterijų, kurių tipas bacteroidetes, lazda vabzdžių – gama-proteobakterijos, nesusiję linijų vežėjų nematodų pektinazių.

Pektinazės genų filogenija vabzdžiuose, nematoduose ir bakterijose. Lipdukai – žalia klasteris, lapkūniai – oranžinis klasterisnematodai – raudona klasteris. Galima suprasti, kad kiekviena gyvūnų grupė yra arti jos bakterinės linijos (jie rodomi mėlynas) Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Mokslinės ataskaitos

Tai yra besąlygiškas nepriklausomų bakterijų pektinazės genų gavimo įrodymas. Tai reiškia, kad pirminio buvimo pektinazių scenarijus bendrų molingų gyvūnų protėvių nepatvirtina. Vabzdžiai ir nematodai pasiskolino pektinazės genus, kai jie tapo būtini ir greičiausiai sėkmingi. Šių genų teisių turėtojai buvo arba simbiozinės bakterijos, arba laisvai gyvenančios bakterijos, kurios gyvena pašarinių augalų.

Pektinazės buvo aptinkamos keturiuose iš penkių didelių įbrėžimų vabzdžių pogrupių. Pektinazių aktyvumas kiekviename iš šių keturių pogrupių turi savo ypatybes, sudarant aiškias grupes. Kitaip tariant, pektinazių aktyvumu galima tiksliai nurodyti, kokia šeima priklauso tiriamiems vabzdžių atstovams, arba, priešingai, kiekvieno šerdies vabzdžių atstovo gali būti numatytas jo pektinazių rinkinys. Tačiau labiausiai įdomus dalykas šiame paveiksle yra ne buvimas, bet pektinazės nebuvimas penktoje lazdos vabzdžių grupėje. Šis pogrupis yra Timematidae, primityvios lazdos vabzdžiai.

Vabzdžių grupių vabzdžių filogenija ir pektinazių buvimas juose (žalia zona) Į klijuoti vabzdžiai Timema pektinazė Nr. Mastelis apačioje kairėje nurodo filialų atskyrimo laiką (prieš milijonus metų). Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio Mokslinės ataskaitos

Mokslininkai teisingai tiki, kad pektinazės genai po šios šeimos susidarymo pasiekė lazdos vabzdžius, tačiau iki šios grupės intensyvios rūšies pradžios. "Timematidae" egzistavo 60 milijonų metų, naudojant bakterijų, gyvenančių kartu, dalijimąsi pektinu. Tuomet, gavus pektinazės geną / genus iš jų asmeniniam naudojimui, prasidėjo vabzdžių klijavimas. Dėl to labai greitai susidarė šimtai naujų rūšių. Šios rūšys yra sujungtos į atskirą vienetą. Tačiau nėra žinoma, ką sistemintojai būtų padarę, jei iš visų žinomų tik vabzdžių Timema. Turbūt būtų pridėta prie susijusių emby ar tarakonų tvarkos.

Tačiau, bet kokiu atveju, mes turime įvairialypę grupę, kuri buvo suformuota paskutinis, bet ne mažiau kaip naudingo biocheminių bruožas įsigijimo. Jis davė jiems galimybę geriau susidoroti su gausiu, bet sunku virškinti maistą. Evoliucijos metu ši funkcija nepagerėjo palaipsniui, tačiau ji buvo gauta iš bakterijų kaimynų, naudojant HGT.Šis įvykis – sėkmingas horizontalus genų perkėlimas – įvyko tinkamu laiku (žydinčių augalų spinduliavimas) ir tinkamoje grupėje (pasireiškė augalų racionams).

Šaltinis: Matan Shelomi, Etienne G. J. Danchin, David Heckel, Benjamin Wipfler, Sven Bradler, Xin Zhou ir Yannick Pauchet. Baktērijos prieš tai sugautus ir lapų vabzdžius Mokslinės ataskaitos. 2016. DOI: 10.1038 / srep2638.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: