Oтрядa пaлoчникoв имeют свoи биoxимичeскиe aрсeнaлe пeктинaзы — фeрмeнты, рaсщeпляющиe пeктин. Срaвнивaя гeны пeктинaз у пaлoчникoв и двуx другиx групп живoтныx (жукoв-листoeдoв и нeмaтoд), a тaкжe рaзличныx бaктeрий, мeждунaрoднaя группa учeныx, чтoбы oпрeдeлить истoчник этиx гeнoв. Пaлoчники, кaк выяснилoсь, пoлучили гeны пeктинaз eгo бaктeриaльныx сoсeдeй — гaммa-прoтeoбaктeрий живущиx в иx кишeчникe и иx кoрмoвыx рaстeний. Нoвый биoxимичeский имущeствo oкaзaлoсь для рaститeльнoядныx палочников очень полезно: он резко бросились видообразование, так что, в конце концов, формируется обширная группа, насчитывающая около 3000 видов, Это исключительно выдающийся пример формирования таксона высокого ранга — отряда — после обретения новых качеств, что в данном случае, биохимических и тот же позаимствованного у бактерий за счет горизонтального переноса генов.
Новые убедительные доказательства горизонтального переноса генов (ГПГ) прокариот к эукариотам представили ученые из Института химической экологии имени Планка Йене (Германия) и его коллеги из Института зоологии и эволюционной биологии Йенского университета, Института зоологии и антропологии Геттингенского университета, Университета Ниццы (Франция) и Национального китайского банка генов городе шэньчжэнь. Факт ГПГ от бактерий к эукариотам уже не удивляет: в этот момент находилось множество нагляднейших примеров этого явления (Бактериальные гены помогают нематодам паразитировать на растениях, «Элементы», 18.10.2010; Животные обмениваются генами с паразитическими бактериями, «Элементы», 05.09.2007; Горизонтальный обмен генами заменяет коловраткам половое размножение, «Элементы», 07.06.2008). Новые например, кроме достоверных доказательств факта горизонтального переноса от бактерий к эукариотам, интересно два дополнительных аспекта. Во-первых, это тот случай, несколько независимых ГПГ » сходной функции, во-вторых, в таком случае, хорошо обоснованную идею взрывной эволюции, которая привела к формированию обширной таксона высокого ранга. Другими словами, мы видим, например, в создании большого таксона после приобретения полезных бактериальных генов.
Речь идет очень разнообразны отрядов палочников Phasmatodea, объединяющем около 3000 тип: в Современной систематики подразделяют их на несколько подотрядов и семейств, наиболее примитивные из которых Timematodea. Она включает в себя своего рода Timema с 20-30 видов. Палочники, а именно бабушки и дедушки Timema, появился около 125 млн лет назад, однако интенсивное видообразование в этой группе, судя по молекулярных данных, происходило в начале кайнозоя, около 60 млн лет назад. В то время Timema добавились все остальные семьи палочников. В период их активного видообразования как раз совпадает с бурной радиации цветковых растений.
В этом совпадении нет ничего удивительного, ведь палочники предпочитают строгую растительную диету. Они сосать, соки растений и эффективного потребления в пищу их нужно уметь расщеплять вещества плотно растительных тканей — целлюлозу и пектины. У насекомых, как правило, этим занимаются их микросимбионты живет в желудочно-кишечном тракте. Но не всегда. Так, доказано, что некоторые группы насекомых есть собственный пектиназы (см. Pectinase), которые могут расщеплять пектин не плохо бактериальных аналогов. Как счастливым владельцам пектиназ касается представители жуков-листоедов, долгоносиков и палочников, а кроме них собственные пектиназной база источник: некоторые нематоды живущие в корнях растений. Откуда пектиназы этих групп.
В связи с этим предлагается два очевидных версий по. Первый пектиназные партнеров было у предков линяющих (не будем забывать, что пектиназы имеет нематод и неродственных отрядов насекомых); в ходе эволюции все линии раков, которые предпочитают белка диета, пектиназы исчезли, оставшись только растительноядных специалистов. Вторая гипотеза — ГПГ, в котором за счет удаленного группы животных получили пектиназные гены независимо друг от друга. Источник генов пектиназ могут различные группы бактерий. Эту гипотезу можно проверить. Если верен первый из них, то все пектиназы, имеющиеся у нематод и насекомых, как. Их происхождение можно будет вывести какой-то предковой линии. Если верна вторая гипотеза, то происхождения, наборов пектиназ у трех групп будет мало: вероятно, они реконструируются два или три изначальных корней.
Ученые выбрали в базе данных генетической информации GenBank все данные по нуклеотидным последовательностям пектиназ насекомых, добавили собственные данные, полученные транскриптомам шесть представителей палочников, из которых четыре исследовать наиболее тщательно. Получилось около 90 вариантов пектиназ. Затем их сравнить друг с другом пектиназами различных линий бактерий. Результаты сравнения показали, что пектиназы нематод, жуков-листоедов и палочников импорту отдельно, и каждому кластеру соответствует свой особый бактериальных пектиназы. Нематодные пектиназы около ферментам гамма-и бета-протеобактерий, пектиназы жуков — пектиназам бактерий типа Bacteroidetes, а палочников — гамма-протеобактерий, не родственных линий, перевозчиков нематодных пектиназ.
Филогения генов пектиназ у насекомых, нематод и бактерий. Палочники — зеленый кластера, листоеды — оранжевый кластера, нематоды — красная группа. Видно, что каждая группа животных, о его бактериальной линии (они показаны синим). Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports
Это безусловное свидетельство независимо от приобретения генов пектиназ бактерий. Означает, сценарий предварительного присутствия пектиназ имеет общих предков линяющих животных, не подтверждается. Насекомые и нематоды позаимствовали гены пектиназ, когда в них возникла необходимость, и, скорее всего, по стечению обстоятельств, счастливой случайности. Владельцев этих генов были или бактерии-симбионты, или свободноживущие бактерии, которые живут кормовых растений.
Пектиназы был найден примерно в четыре-пять крупных подгрупп палочников. Активность пектиназ каждый из этих четырех подгрупп имеет свои особенности, формируя четкие кластеры. Другими словами, по активности пектиназ можно четко отметить, что семье принадлежит исследуемый представитель палочников, или, наоборот, каждый представитель палочников можно предсказать коллекция его пектиназ. Но самое интересное в этом фильме не наличие, отсутствие пектиназ около пятой подгруппы палочников. В этой подгруппой в Timematidae, примитивный палочники.
Филогения родственных палочникам групп насекомых, является наличие их пектиназ (зеленая область). «Палочников Timema пектиназ нет. Шкала внизу слева показывает время разделения ветвей (млн лет назад). Рисунок из обсуждаемой статьи в Scientific Reports
Ученые с полным основанием считают, что пектиназные гены появился в палочникам после становления этой семьи, но до начала интенсивного видообразования в этой группе. Timematidae существует 60 млн в год, пользуясь услугами бактериальных енакиев расщепляющих пектиновые вещества. Затем, после получения из них гена/генов пектиназ для личного использования, началось бурное видообразование палочников. В конце концов, очень быстро получилось сотни новых видов. Эти виды объединяются в отдельный отряд, Но не известно, как поступили бы систематики, если все палочников им нужны только известно Timema. Вероятно, присоединили на командира родственных эмбий или тараканосверчков.
Но, так или иначе, для нас целый разнообразный отряд, который был сформирован не только в последнюю очередь в результате приобретения полезных биохимические функции. Он дал им возможность лучше преодолеть в изобилии, но трудно перевариваемой пищи. Данный признак не формируется постепенно в ходе эволюции, как получилось бактериальных соседей с помощью ГПГ. Это событие успешным горизонтальная передача генов. случилось в нужное время (сегодняшний день превышения цветковых растений) и правильно группы (предрасположенной к рациону травяные).
Источник: Matan Shelomi, Этьен J. G. Danchin, Дэвид Геккель, Бенджамин Wipfler, Ливил Bradler, Синь Чжоу & Yannick Pauchet. Horizontal Gene Transfer of Pectinases from Bacteria Preceded the Diversification of Stick and Leaf Insects // Scientific Reports. 2016. DOI: 10.1038/srep2638.
Елена Наймарк
