Насекомые позаимствовали гены у растений
Белокрылки защищаются от растительных токсинов с помощью гена, который сами стащили у растений много миллионов лет назад.
Мы не можем поделиться с другим человеком собственными генами. Точнее, можем, но для этого нужно родить ребёнка, который их унаследует. Но вот так, чтобы встретиться на улице, пожать друг другу руку и с рукопожатием получить себе в геном один-два гена – такое у нас невозможно.
Зато возможно у бактерий. Они передают генетическую информацию не только по вертикали, то есть по линии предок–потомок, но и по горизонтали, то есть просто друг другу, вне процесса размножения. Это называется горизонтальным переносом генов (ГПГ). Бактерии могут передавать и принимать чужую ДНК в ходе особого процесса, который называется конъюгацией, или же когда одна клетка поглощает другую, или же просто подбирая из окружающей среды ДНК, оставшуюся от другой клетки. Ген «осваивается» на новом месте и начинает работать на благо нового хозяина. Также горизонтальный перенос генов распространён у архей, хотя механизмы его у них другие.
Что до животных, растений, грибов, то ещё совсем недавно считалось, что у них горизонтальный перенос генов случается очень и очень редко, если вообще есть. Но со временем стали появляться данные, что на самом деле он у них не так уж и редок. Так, мы писали о том, что грибы неоднократно заимствовали гены бактерий, благодаря чему смогли наладить симбиоз с растениями, а некоторые виды грибов даже научились с помощью бактериальных генов чувствовать гравитацию. Есть множество примеров того, как бактериальные гены заимствовали растения, членистоногие и едва ли не человек.
Но у бактерий позаимствовать ген, может быть, не так уж трудно. А вот были ли случаи, когда один сложный многоклеточный организм заимствовал ген у другого сложного многоклеточного? Как раз такой случай описан в статье в Cell, посвящённой табачной белокрылке. Это насекомое распространено буквально повсеместно, и особенно хорошо знакомо тем, кто занимается сельским хозяйством – потому что табачная белокрылка считается одним из самых опасных вредителей. Её личинки кормятся более чем на 600 видах растений, и не просто высасывают их сок, но и заражают растения множеством вирусов. Бывали случаи, когда белокрылка с вирусами полностью уничтожала урожай.
Сотрудники Китайской сельскохозяйственной академии обнаружили в геноме табачной белокрылки ген BtPMaT1. Тот же ген нашли ещё у двух видов белокрылок. Самое странное было в том, что ген BtPMaT1 до сих пор считался сугубо растительным. Объяснить это можно было либо тем, что ген BtPMaT1 был у общего предка растений и насекомых, но потом за миллионы лет эволюции растения его сохранили, а животные потеряли, за исключением трёх белокрылок. Но между растениями и насекомыми лежит огромная эволюционная пропасть, и такое развитие событий – что ген со времён общего растительно-животного предка почему-то остался только у единичных насекомых, которые, кстати говоря, не самые примитивные животные на свете – такое развитие событий авторы работы сочли неправдоподобным.
Альтернативой оставался горизонтальный перенос генов. Белокрылки с растительным геном возникли около 35 млн лет назад. Но у них есть близкородственные виды, которые сформировались около 80 млн лет назад, и у этих родственников растительного гена нет. Очевидно, ген появился у них между 80 и 35 млн лет. Как именно насекомые сумели встроить растительный ген в свою ДНК, пока неясно. Возможно, свою роль тут сыграли какие-нибудь вирусы, которые могут встраиваться в клеточную ДНК – правда, тогда придётся предположить, что эти вирусы более-менее нормально чувствовали себя как в растительных, так и в животных клетках, а предположить такое довольно сложно.
Но, так или иначе, белокрылки позаимствовали у растений весьма полезный для себя ген. Дело в том, что у растений есть разные системы защиты от вредителей. В частности, они могут синтезировать токсичные для насекомых фенолгликозиды. Но чтобы токсины не повредили самому растению, в растительных клетках есть специальный фермент, который расщепляет токсичные молекулы. Ген BtPMaT1 как раз этот фермент и кодирует.
Чтобы проверить, действительно ли BtPMaT1 защищает белокрылок от яда, исследователи ввели в растения томатов специальную молекулу, которая отключала ген BtPMaT1 – отключающая молекула попадала в насекомых , когда они сосали сок из растения. Из 2500 белокрылок, которые кормились на таком томате, не выжила ни одна. А из тех, которые кормились на обычном томате, погибло только 20%.
Это второй случай горизонтального переноса генов от растения к насекомым. Первый был описан в сентябре прошлого года в Scientific Reports, и тоже на примере белокрылок. Однако насчёт того растительного гена осталось много неясного – не очень понятно, зачем он понадобился насекомым. С новыми белокрылками и геном BtPMaT1 как раз всё намного яснее – он действительно им полезен. Возможно, борьба с белокрылками теперь станет успешнее: можно либо целенаправленно отключить у них этот ген, либо вывести новые сорта растений с модифицированным токсином, против которого защита белокрылок окажется бессильной.
