Латеральная геномика

[Set O. Lopata]

Вот в теме про ID - исследовательскую программу возник вопрос у некоторых товарищей: реален ли горизонтальный перенос генов и если реален, то какова роль его в эволюционном процессе.

В  статье Шестакова, к примеру, нарисована такая страшная картинка

Горизонтальный перенос генов является главным источником инноваций, инструментом быстрого приобретения и возникновения новых генов, способных радикально изменить свойства клеток, расширить их адаптационный потенциал.

1) Доля латерально полученных генов варьирует у разных видов и может достигать 10-15% от общего числа генов в геноме.
2) Наибольшее количество переносов характерно для свободноживущих бактерий с широкими экологическими ареалами (почвенные бациллы, псевдомонады и др.).
3) Наименьшее число переносов обнаружено у большинства патогенных бактерий, живущих в узких эконишах; эти переносы, однако, весьма важны, так как определяют такие признаки как вирулентность и токсичность.
4) Переносы специфичны, поскольку приобретенный ген обнаруживается, как правило, только в клетках определенного вида или даже штамма.
5) Реже всего в горизонтальные переносы вовлечены гены информационных систем (транскрипции, трансляции, репликации), составляющие базовый геном. Продукты этих генов входят в сложные белковые комплексы, где "чужие" белки не встраиваются или не функционируют. Исключением являются гены, кодирующие аминоацил-тРНК-синтетазы, что связано с особенностями работы изоакцепторных транспортных РНК.
6) Чаще всего в горизонтальном переносе участвуют гены операционных систем, обслуживающих метаболизм, транспортные пути, механизмы сигнальной трансдукции. У многих бактерий среди латерально привнесенных генов большую долю составляют функционально неизученные гены и гены, не имеющие сходных ортологов в реципиентном организме.
7) В составе приобретенных сегментов ДНК часто обнаруживаются профаги, плазмиды, кассеты резистентности, гены белков, участвующих в процессах сайт-специфической и "незаконной" рекомбинации, обеспечивающей интеграцию "чужих" генов.

Вообще, последнее время просматривается тенденция объяснять многие параллелизмы в молекулярных деревьях именно боковым переносом генов. Не могли бы специалисты прокомментировать как-либо ситуацию?

[plantago]

Я не совсем специалист, хотя и занимаюсь молекулярной систематикой. Похоже, что латеральный (горизонтальный) перенос широко распространен у прокариот. Масштабы этого бедствия у эукариот пока никто не оценивал -- есть довольно много статей по частным случаям. У эукариот горизонтальный перенос может происходить наряду с вертикальным -- в мультигеномных клетках (с хлоропластами и митохондриями, например). Кроме того, гибридизацию также можно рассматривать как горизонтальный перенос. Существуют случаи, когда мы, по-видимому, имеем все вместе ("чистый" ГП + ВП + гибридизация). Так что феномен непрост.

Народ очень активно работает по созданию компьютерных средств выявления ГП (если надо, могу дать ссылки), но, повторяю, это только у прокариот. Наверное, чем больше полных сиквенсов эукариот мы будем иметь, тем яснее (а может, и нет) будет картина с ГП эукариот.

Как в связи с ГП эволюционируют прокариоты -- вопрос весьма интересный, но не новый. То, что у бактерий нет замкнутых генетических систем, еще в 70-х писал Заварзин. Но, по-моему, гораздо интереснее то, что на этом фоне все же удается построить хоть какую-то филогению...

Про эукариот была довольно сумасшедшая книжка  Кордюма (Кордюм В.А. Эволюция и биосфера. - Киев: Наукова думка, 1982), но особых последствий она не вызвала. Кроме того, Красилов развивал теорию "гибридогенного" (переносом генов между классами голосеменных) происхождения цветковых.

[Питер]

А  можно  конкретные  статьи  по   горизонтальному  переносу  у  эукариот ?  
Это  такое  общее  место  -  горизонтальный  перенос  играет важную  роль в  эволюции.  А  начинаешь   копать  -  ничего  эа  этим  нет.  По  крайней    мере у  эукариот.  Да  и у  прокариот   тоже  не  особо  много  ...

[plantago]

Извините, что не даю статьи -- нет времени...
Попробуйте:
http://www.google.ru/search?q=HGT+eukaryotes
http://scholar.google.com/scholar?q=HGT+eukaryotes

[Питер]

Увы  и  ах  -  но  ситуация  остается  прежней,  максимум HGT в  сколь  нибудь заментянх   масштабах    имеет   место   только в  одноклеточных  эукариотах. Что  вполне  понятно  и  естественно. а  дальше  - барьер, связанный  с  появлением  многоклеточности  и  герминативных  клеток. Кстати, в  одной   статей  из  гугля   это  и  написано  черным  по  белому -  хотя  сама  статья посвящена  переносу  генов  от  бактерий  к  жгутиковым.
Я  все  время  думаю,  что  что-то  крутое  я  пропустил  -  хотя  и  PubMed,  и Google  шерстил  неоднократно   по  разным  ключевым  словам.
В  общем  вывод  простой  - HGT  не  играет  существенной  роли   в  эволюции  многоклеточных  эукариот.

[Комбинатор]

Увы  и  ах  -  но  ситуация  остается  прежней,  максимум HGT в  сколь  нибудь заментянх   масштабах    имеет   место   только в  одноклеточных  эукариотах. Что  вполне  понятно  и  естественно. а  дальше  - барьер, связанный  с  появлением  многоклеточности  и  герминативных  клеток. Кстати, в  одной   статей  из  гугля   это  и  написано  черным  по  белому -  хотя  сама  статья посвящена  переносу  генов  от  бактерий  к  жгутиковым.
Я  все  время  думаю,  что  что-то  крутое  я  пропустил  -  хотя  и  PubMed,  и Google  шерстил  неоднократно   по  разным  ключевым  словам.
В  общем  вывод  простой  - HGT  не  играет  существенной  роли   в  эволюции  многоклеточных  эукариот.

Ну что же, добавим немного огонька. :wink:
Как насчёт вот этой ссылки о факте HGT у многоклеточных эукариот?


http://www.cbio.ru/v5/modules/news/article.php?storyid=1682

[Питер]

Увы  и  ах  -  но  ситуация  остается  прежней,  максимум HGT в  сколь  нибудь заментянх   масштабах    имеет   место   только в  одноклеточных  эукариотах. Что  вполне  понятно  и  естественно. а  дальше  - барьер, связанный  с  появлением  многоклеточности  и  герминативных  клеток. Кстати, в  одной   статей  из  гугля   это  и  написано  черным  по  белому -  хотя  сама  статья посвящена  переносу  генов  от  бактерий  к  жгутиковым.
Я  все  время  думаю,  что  что-то  крутое  я  пропустил  -  хотя  и  PubMed,  и Google  шерстил  неоднократно   по  разным  ключевым  словам.
В  общем  вывод  простой  - HGT  не  играет  существенной  роли   в  эволюции  многоклеточных  эукариот.

Ну что же, добавим немного огонька. :wink:
Как насчёт вот этой ссылки о факте HGT у многоклеточных эукариот?


http://www.cbio.ru/v5/modules/news/article.php?storyid=1682

Таки  и  там  нет  переноса  гена  -  есть  движение  транспозонов.  Плюс  к  этому    данные  именно  в  пользу   переноса  не выглядят 100%.  Так, если  етть   именно  перенос  -   то сиквенсы  должны   сохраняться  на   всей  протяженнсоти  транспозона.  На деле  там   ситуация  не  такова  -  есть  очень  консервативный  кусок (ген  Mut A)  и   есть    фланки  с  низкой  гомологией. И  общая  гомология  на  весь  транспозон  -   58%.  А  по Mut A  -   в  районе  90.

[DNAoidea]

Вот вам ссылка про перенос у эукариот:
http://mbe.oxfordjournals.org/cgi/content/full/18/10/1952
(Не пугайтесь это статья 2001 года, а не 1952)
А про перенос генов от прокариот к эукариотам ссылок - море. А поскольку гены могут совершать подобные путишествия, то возможны скачки: эукариоты - прокариоты - эукариоты. Так что, видимо, геномы даже многоклеточных эукариот и даже в рамках биосферы в целом - штука довольно подвижная.

[Питер]

И  опять  транспозон.  Про   гены  можно ?

[DNAoidea]

При определённой комбинации  два транспозона могут сработать как один, а между ними могут быть и гены. То есть, если есть перном транспозонов, то может и быть и обычных генов. Ссылки поищу.

[Питер]

Это  вряд  ли  -  еси  мы  говорим   от   транспозонах  эукариот. Механизм  не тот.  А  встроить   ген внутрь  транспозона - то  тоже фантастика.

[DNAoidea]

Не внутрь транспозона, во между ними и вся эта конструкция транспозируестя, поскольку белки, делающие это "думают", что имеют дело с началом и концом одного транспозона.

[Питер]

Нет. Он  по LTR  вырежется  и все.   И будут  два  транспозона жить  абсолютно  независимо.    Для  этого  надо  сначала в  середину  одного  транспозона ген встроить.  Но  закавыка  в  том.   что  это  обычно  портит  сам  транспозон и он  перестает  быть  таковым.

[feralis]

единственный случай доказаный у эукариот
http://ec.asm.org/cgi/content/full/4/6/1102

[DNAoidea]

Честно говоря в данном вопросе не вижу принципиальной разницы между переносом транспозона и собствено гена: и в том и в другом случае необходимо перетащить участок ДНК от одно организма к другому. Перносы транспозонов говорят о том, что для них герминальный барьер барьером не является, кроме того, вирус ведь тоже может оказаться и в половых клетках, и потом существует ведь и бесполое размножение у многих. Кроме того, существует масса статей о переносе генов между прокариотами и эукаритами.