科學家記錄了動物和植物之間罕見的DNA轉移



根據Texas A&M AgriLife研究科學家的說法,很少有動物和植物之間的天然DNA轉移記錄,但最近他的團隊就是這么做的。德克薩斯州AgriLife研究森林基因組學助理教授Claudio Casola博士說,研究小組發現松樹,云杉和其他針葉樹中的一組DNA序列已經被大約3.4億年前轉移到這些樹的祖先中。 A&M大學生態系統科學與管理系在大學站。

科學家記錄了動物和植物之間罕見的DNA轉移

“火炬松是美國東南部(包括德克薩斯州)的重要經濟資源,”卡索拉說。“我們剛剛開始了解構成這種松樹和其他針葉樹的非常大的基因組的不同部分。Casola博士生之一的Xuan Lin和美國農業部林務局分子細胞遺傳學實驗室的負責人Nurul Faridi博士以及合作教員也是該團隊的其他成員。

他們的作品“從節肢動物到針葉樹的Penelope-like Retrolelements的古代跨國水平轉移”最近發表在“ 基因組生物學與進化 ”雜志上。“我們稱這些針葉樹DNA序列'Dryads'是在居住在樹木中的希臘神話中的若蟲之后,”卡索拉說。“Dryads是眾多DNA序列中的一種,稱為DNA重復序列。”

他說DNA重復序列,也稱為轉座因子,特別擅長制作自己的新副本。結果,他們最終在某些物種中形成了一半以上的基因組,包括針葉樹和其他植物。“我們從其他植物的研究中得知,轉座因子影響基因的活性和結構,并最終在塑造某些特性方面發揮作用,從一些葡萄品種的顏色到一些西紅柿的橢圓形狀。”

他說,因為轉座因子構成了許多針葉樹的DNA,所以重要的是要更好地了解它們是什么以及它們如何影響針葉樹基因和表型特征。“您可以將轉座因子視為'基因組寄生蟲',”Casola解釋說。“它們擴散到新的基因組中,就像人類之間傳播的病毒一樣。與流感和其他病毒性疾病不同,這些'基因組感染'很少發生,但一旦建立,它們可以持續數百萬年。”

他說,一些轉座因子和病毒之間的相似之處不僅是膚淺的。例如,逆轉錄病毒,包括HIV的病毒組,很久以前就是從轉座因子進化而來的。

另一方面,Casola說,許多被稱為內源性逆轉錄病毒或ERV的轉座因子代表了曾經感染過靈長類動物和其他哺乳動物的逆轉錄病毒的“DNA化石”。“我們自己的基因組中不少于8%是由ERV組成的,”他說。“逆轉錄病毒,ERV和其他DNA重復序列,如Penelope樣序列,共有一種獨特的方式來制作自己的新拷貝。”

他解釋說,在這個過程中,單個DNA重復序列作為模板制造許多稱為RNA的分子,然后將這些RNA轉化回與宿主基因組中縫合的DNA拷貝一樣多的DNA拷貝。

Casola說,因為從RNA產生新的DNA拷貝被稱為逆轉錄,通過這種機制擴增的轉座因子被稱為逆轉錄元素。通過查看retrolelements的DNA中的一些特定特征,可以將它們分類為不同的家族和亞家族。“Dryads代表了一個針葉樹特定的亞科,屬于佩內洛普式的復古元素,因此手稿的標題,”卡索拉說。“在我們描述Dryads之前,佩內洛普式的復古元素只在動物身上才知道。

他說:“我們認為Dryads可能源自佩內洛普式的復古元素,這些復古元素早已以某種方式引入針葉樹基因組。” “為了證實這一點,我們計算分析了1,029種既不是動物也不是針葉樹的物種的基因組序列。“這些其他物種中的一些似乎含有Penelope樣的逆轉錄物質;但是,在對這些DNA序列進行徹底檢查后,我們得出結論認為它們是由于動物或針葉樹的DNA污染造成的。”

卡索拉表示,他們還進行了許多其他分析,以確認Dryads不是人工制品,并證明它們可能來自Penelope類昆蟲的復古元素。“使用的技術之一被稱為熒光原位雜交,或FISH,并允許可視化Dryad DNA序列在火炬松染色體上的位置,”Faridi說。

他說,其他實驗室實驗表明,在與針葉樹密切相關的植物中,例如蘇鐵和銀杏,不會出現Dryads。“這有助于我們確定在將針葉樹的祖先與其他植物分離以及已知大約3.4億年前發生的現代針葉樹群輻射之間的Dryads起源的時機,”Casola說。

他說,Dryads入侵針葉樹進化的后果仍不明朗。Casola說,當DNA重復像Dryads在基因組中擴增時,它們可以改變染色體的結構并改變基因的活性,對生物體可能產生負面影響。

他說,大多數物種已經進化出了減緩DNA重復擴增的遺傳機制,但是當它們跳入新的宿主基因組時,這些防御機制尚未到位,并且隨后出現了新的擴增循環。

Casola表示,同樣可能發生在Dryads,它在過去的3.4億年中產生了數十萬份新拷貝,但現在似乎活動相對較少,至少在火炬松中。

“我們認為,Dryads顯著改變了祖先針葉樹的基因組景觀,并可能仍然在這些樹的DNA中引入了重要的變化,”他說。

“我們研究的下一步將是了解針葉樹染色體,尤其是基因,如果它們侵入這些植物后會受到Dryads擴增的影響,”Casola說。




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