북극과 남극 대륙 주변의 냉담한 바다에서 살아남 으려면 해양 생물은 치명적인 추위에 대한 많은 방어를 발전 시켰습니다. 하나의 일반적인 적응은 혈액, 조직 및 세포에서 얼음 결정이 자라는 것을 방지하는 항 - 부동수 단백질 (AFP)을 만드는 능력입니다. 물고기뿐만 아니라 식물, 곰팡이 및 박테리아에서 반복적으로 독립적으로 진화 한 솔루션입니다.
그러므로 대서양과 태평양의 최북단에 일반적으로 돌아 다니는 두 그룹의 물고기가 AFP를 만든다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그러나 두 물고기가 같은 AFP 유전자와 함께 그렇게한다는 것은 매우 놀라운 일입니다. 특히 조상들이 2 억 5 천만 년 전에 2 억 5 천만 년 전에 분기되었고 유전자가 그들과 관련된 다른 모든 어류 종에는 없기 때문에
.유전학 동향의 3 월 논문 비 정통 설명을 담당합니다. 유전자는 청어에서 직접 수평 전이를 통해 제련 게놈의 일부가되었습니다. 많은 실패한 시도가 보여준 것처럼 청어와 제련이 크로스 브레이링 할 수 없기 때문에 혼성화를 통한 것은 아닙니다. 청어 유전자는 정상적인 성적 채널 외부의 제련 게놈으로 들어갔다.
온타리오 주 Queen 's University의 분자 생물 학자이자 논문의 저자 인 Laurie Graham은 유전자를 한 물고기에서 다른 물고기로 직접 전달할 것을 주장하는 데 대담한 주장을하고 있다는 것을 알고 있습니다. 그런 종류의 수평 DNA 움직임은 한때 척추 동물은 물론 어떤 동물도 일어나는 것으로 상상되지 않았습니다. 그럼에도 불구하고, 그녀와 그녀의 동료들이 제련을 더 많이 연구할수록 증거가 명확 해집니다.
.제련은 독특하지도 않습니다. 다른 물고기, 파충류, 조류 및 포유류 등 다양한 동물에 대한 최근의 연구와 비슷한 결론을 가리 킵니다. 한때 미생물에 전적으로 생각되는 DNA의 측면 상속은 생명 나무의 나무 전체에 걸쳐 발생합니다.
오리건 주 포틀랜드에있는 리드 칼리지의 진화 게놈 학자 인 사라 샤크 (Sarah Schaack)는 이러한 수평 전이 사례는 여전히 과학자들 사이에서도“매우 큰 와우 요인”을 가지고 있다고 믿고있다. 그러나 제련 발견 및 기타 최근의 사례는 모두 진화에서 영향력있는 역할을하는 수평 이체를 지적합니다.
상류 전투
2000 년대 초반, 그레이엄은 실험실 지도자 피터 데이비스 (Peter Davies)의 지시에 따라 AFP를 연구하고있었습니다. 일반적으로 코딩 영역보다 더 빠르게 돌연변이되는 비 코딩 DNA의 스트레치 (유전자 인트론)는 95% 이상 동일합니다. “우리가 생각해 낼 수있는 유일한 결론은 유전자가 수평으로 전달되었다는 것입니다.”라고 그녀는 말했습니다.
그러나 팀이 결과를 발표하려고했을 때, 그들은 상당한 푸시 백에 직면했습니다. “우리는 저널 이후에 저널에 보냈고, 우리는 그것을 얻기 위해 정말로 싸워야했습니다.”라고 그녀는 회상했습니다. 그들의 타이밍은 아마도 불행했을 것입니다. 2001 년에, 새로 서열화 된 인간 게놈을 설명하는 주요 논문 중 하나는 일부 동물 게놈과의 비교에 기초하여 박테리아로부터 수평 유전자 전이에 대한 특별한 주장을했다. 이 주장은 생명 나무의 박테리아와 인간 사이의 종의 혈통이 한때 유전자를 가지고 있었지만 잃어버린 것을 보여주는 작업에 의해 빠르게 반박되었습니다.
.Graham은“우리는이 와서 이것을 출판하려고 노력했으며 사람들이``이러한 주장은 이층입니다 ''라고 말하는 기후에있었습니다. "라고 Graham은 말했습니다. 논문이 2008 년에 plos one 에 의해 출판 된 후에도 결론은 의심되었습니다. “아마도 우리 분야에있는 사람들의 절반 정도는‘오! 이거 정말 멋지다!’그리고 나머지 절반은‘아니요. 우리는 당신을 믿지 않습니다.””그녀는 말했다.
진핵 생물에서 수평 전이에 대한 장벽은 극복 할 수없는 것처럼 보였기 때문에 그들의 발견에 대한 불신은 이해할 수 있었다. DNA가 세포질 내에있는 박테리아에서는 수평 전이가 일반적이며 쉽습니다. DNA 단편이 박테리아의 세포벽과 막을 통과 할 수 있다면 게놈에 통합하는 것은별로 많지 않습니다. 그러나 진핵 생물은 그들의 게놈을 두 번째 장벽, 핵, 그리고 대부분의 시간 내부에 회랑을 유지합니다. 대부분의 경우, 그들의 DNA는 염색체로 단단히 응축되어 게놈으로의 스 플라이 싱 기회를 제한합니다. 또한, 수평 전이가 진핵 생물 종에서 스스로를 확립하기 위해서는 모든 세포의 DNA에만 통합 될 수 없습니다. 그것은 생식 세포로 끝나고 자손에게 전달되어 일반 인구에서 지속되어야합니다. 그 사건의 사슬은 많은 과학자들에게는 거의 없을 것 같았습니다.
방해받지 말고 Graham과 그녀의 동료들은 더 깊이 조사했습니다. 박테리아에서 제련 게놈의 큰 덩어리를 복제함으로써, 그들은 제련이 하나의 AFP 유전자 만 있다고 결정했다. 그들이 출판 된 게놈 서열을 가진 다른 물고기의 상응하는 게놈 영역을 보았을 때, 그들은 제련의 AFP 유전자를 측면에 놓인 유전자의 어레이가 있었지만, AFP 유전자의 흔적은 없었다. “이것은 이것이 들어온 것임을 제안했습니다. 제련에 새로운 도착이었습니다.”라고 그녀는 설명했다. "그러나 우리는 여전히‘아니요, 우리는 그것을 사지 않습니다.’라는 사람들이 여전히있었습니다."
마지막으로, 2019 년에 청어 게놈의 전체 시퀀스가 발표되었습니다. 그것은 팀이 AFP 유전자를 둘러싼 서열을 더 잘 검사 할 수있게했으며, 그 중 일부는 트랜스 포지티브 원소 (TES 또는 트랜스 포손), 게놈에 자신을 복사하고 붙여 넣을 수있는 DNA의 이동성 DNA 덩어리 인 것으로 보였다. 청어 게놈에는이 TE의 많은 사본이 보유하고 있지만 다른 물고기에는 없으며, 한 가지 예외가 있습니다. 그들 중 3 명은 청어 AFP 유전자 주변에서 볼 수있는 순서로 레인보우 스멜 멜트의 AFP 유전자를 측면으로 측면에 있습니다.
Graham은 이러한 시퀀스가 청어 염색체의 작은 덩어리가 제련으로 들어갔다는“결정적인 증거”라고 생각합니다. "누구든지 이에 대한 이의를 제기하고 싶다면, 당신은 알다시피, 그들이 어떻게 할 수 있는지 알지 못합니다."
.Cornell University의 게놈 생물 학자 인 Cédric Feschotte는이 연구에 참여하지 않은 동의합니다. "데이터를 볼 때 틀림없이 틀림 없다"고 그는 말했다. 그러나 그에게 실제로 흥미를 느끼는 것은이 발견이 그와 다른 사람들이 트랜스처 시브 요소와 새로운 유전자의 부상에 대해 얼마나 잘 어울리는 지입니다.
예를 들어, 국립 과학 아카데미의 절차에 대한 2008 년 연구에서 그와 그의 동료들은 몇 종의 포유류, 파충류 및 양서류를 포함하여 이질적인 척추 동물 그룹에서 발견 된 새로운 종류의 TE를 확인했습니다. 이들은 이들 종에서 96% 이상 동일했지만 다른 검사 된 게놈에는 이상하게 없었다. 요소가 갑자기 아무데도 나타나지 않은 것처럼 보였기 때문에 Feschotte와 그의 동료들은 우주 침략자 (스핀) 요소라고 불렀으며 최근에 햇볕이 잘 드는 계보 사이에서 수평으로 움직여야한다고 결론을 내 렸습니다. 이 Tes는 새로운 숙주에서 유전 적 소음이 아니 었습니다. 예를 들어 마우스는 스핀 요소 효소를 공동으로함으로써 완전히 새로운 기능성 유전자를 얻었습니다.
.2008 년 스핀 페이퍼 이후, 동물들 사이의 수천 개의 다른 수평 TE 전이 가보고되었습니다. 이러한 추정 수평 이체는 처음에는 그레이엄의 AFP 유전자처럼 놀랍게 만났지만, 증거는 이제 부인할 수 없다.
맥락에서, 수평 전달이 감지하기가 어려울 수 있다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 시간이 지남에 따라 더 많은 돌연변이가 원래와 수용자 계보 모두에 축적되어 공유 유전자의 유사성을 가릴 수 있습니다. 유전자가 수평으로 전달되었음을 증명하는 것은 다른 관련 종에 한 번 존재하지 않았고 진화를 통해 잃어버린 것을 입증하는 데 달려 있습니다.이 종 중 일부는 멸종 될 때 어려울 수 있습니다.
Schaack은“실제 수평 전이의 비율은 아마도 우리가 알고있는 것보다 훨씬 높을 것입니다.
끊임없이 움직일 때
프랑스 파리-사 클레이 대학교의 진화 생물 학자 인 클레먼트 길버트 (Clément Gilbert)와 그의 동료들은 척추 동물 세포 사이에서 DNA가 얼마나 자주 점프하는지 알지 못하지만, 그의 동료들은 2017 년 말에 GenBank에서 공개적으로 이용할 수있는 307 개의 척추 동물 게놈을 선별했을 때 적어도 975 개의 이체를 발견했다. 전이의 거의 94%가 광선 자금을 제공하는 물고기와 관련이있었습니다. 3% 미만의 조류 나 포유류가 관련되어 있습니다.
"나는 이것이 어떻게 가능한지에 대해 여전히 당황하고있다"고 그는 말했다.
한 가지 설명은 Herring의 유명한 풍성한 산란 노력에 달려 있습니다. Graham은“비행기를 타고 비행기를 타고 산란하는 해안선을 내려다 보면 물은 짝짓기 과정에서 정자가 너무 많기 때문에 유백색입니다. 그 정자의 대다수는 계란을 찾지 못하고 DNA를 분해하고 방출하지 못합니다.
그녀는 DNA가 같은 영역에서 산란하는 다른 종의 게임 메트를 고수 한 다음 수정 중에 계란 세포로 끌려 갈 수 있다고 생각합니다. 수십 년 동안 유전자 엔지니어는 정자-매개 유전자 전달이라는 유사한 기술을 사용하여 유전자 변형 유기체를 만들었습니다. 이것이 성공적인 DNA 삽입을 초래할 것이라는 보장은 없지만 때로는 그렇게합니다.“그리고 갑자기 BAM! 당신은 간다. 트랜스 제닉 유기체가 있습니다.”라고 Graham은 말했습니다. 이것이 청어 AFP 유전자가 제련에 들어간 방법과 길버트가 물고기에서 본 다른 수평 유전자 중 몇 명도 발생했을 수 있습니다.
그러나 유일한 설명은 아닙니다. 수평 유전자 이체도 게임이 잘못된 DNA를 집어들 수있는 기회가없는 동물에서도 나타납니다.
기생충에 대한 히치 하이킹
어느 날 호주 애들레이드 대학교에서 게놈 진화를 연구 한 데이비드 애들 슨 (David Adelson)은 올리브 바다 뱀의 게놈에 주석을 달도록 도와주고있는 그의 대학원생 제임스 갈 브레이 (James Galbraith)의 도움을 받기 위해 접근했다. ). Galbraith는 일부 서열이 파충류에서 발견 된 다른 것과 관련이 없다는 것을 발견했습니다. 그래서 Adelson과 Galbraith는 더 깊이 파고 들었습니다.
결국, 그들은 Tes의 7 개의 수평 전이가 바다 뱀 게놈으로의 증거를 발견했습니다. 기증자들이 어떤 종인지 정확히 말하기는 어려웠지만 Adelson은 가장 좋은 경기는 물고기와 어떤 경우에는 산호에서 발견되었다고 말했다.
.Graham의 외부 수정 가설은 내부적으로 수정하고 라이브 젊은이들을 지니고있는이 뱀에게 적합하지 않습니다. Adelson은 대신 기생충의 참여에 베팅하고 있습니다. "기생충은 종에서 종으로 이동하고, 흥미로운 수명주기가 있으며, 내부에있을 수 있습니다."라고 그는 설명했습니다. 지상 종의 수평 전이에 대한 연구는 기생충에도 영향을 미칩니다.
콜로라도 대학교 (University of Colorado)의 박사 학위 인 Atma Ivancevic은 Adelson의 박사 학위를 받았지만 척추 동물과 다른 종의 TE의 진화 역사를 추적했습니다. 그녀에게 특히 관심이있는 것은 Bovbs라는 TES - 동물들 사이에 고르지 않은 대략 3,000 개의 기본 쌍의 작은 시퀀스가있었습니다. 그들은 소와 일부 유대류에 있지만 그 사이에 포유류는 거의 없으며 뱀과 다른 파충류에도 나타납니다. Ivancevic은 중간 계보에서 이러한 트랜스 포손의 손실에 대한 증거를 찾았지만 아무것도 발견하지 못했습니다.
그런 다음 팀은 더 흥미로운 것을 발견했습니다. 소와 뱀에있는 것과 매우 유사한 Bovbs도 진드기와 빈대에있었습니다. 연구에 따르면 이러한 물린 기생충은 엑소 좀이라는 분비 된 소포를 통해 바이러스를 숙주로 전달할 수 있습니다. TES가 엑소 좀에서 끝날 수 있다면, Ivancevic은 물기 기생충과 그 엑소 좀이 공동으로 TES를 하나의 숙주에서 두 번째 숙주로 전달하기위한 벡터 역할을 할 수 있다고 생각합니다.
.따라서 다양한 종의 기생충이 얼마나 자주 기생충이되는지의 차이는 수평 전이를 집어 들는 빈도에 기여할 수 있습니다. 그 차이는 또한 그들의 생리학 또는 생화학에 더 기본적인 것을 반영 할 수 있습니다. 특정 유기체는 방황하는 DNA 덩어리가 게놈에 침전되는 것을 방지하는 것에 대해 덜 차별 할 수 있습니다. 아마도 물고기의 양도의 풍부함은 그들의 서식지보다는 동물 자체와 더 관련이있을 것입니다.
실제로,“단일 대답은 없다”고 Feschotte는 말했다. "모든 것이 조금 있습니다." 그럼에도 불구하고 이러한 가설을 테스트하는 것이 도움이 될 것입니다. 이 연구는 관련된 잠재적 환경 적 요인을 밝힐 수있을뿐만 아니라; 이러한 전송이 어떻게 발생하는지 정확히 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다.
DNA에 의해 폭격
"실제로 얼마나 자주 내 환경에서 DNA 조각을 가져 가고 있는지 모르겠습니다." Schaack에게 물었다. “아마도 많은 것; 아마 내가 깨닫는 것보다 더.” 이러한 전이는 생식 세포에서 발생하지 않는 한 눈에 띄지 않을 수 있습니다. 따라서 감지 된 전송 이벤트는 발생하는 전송 수의 소수만이어야합니다.
불안한 가능성은 수평 DNA 전이가 항상 발생할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 2020 PLOS 유전학 종이는 TE가 모기 게놈으로 뛰어들뿐만 아니라 모기가 가지고있는 필라 리아 벌레 (선충)를 통해 다른 종으로 전염 될 수 있음을 발견했습니다. "우리 모두 모기에 물린 적이 있습니까?" Adelson이 물었습니다. “내 견해는 놀라운 속도로 발생한다는 것입니다. … 나는 우리가 끊임없이 폭격 당할 것이라고 확신합니다.”
수평 전이율이 무엇이든, 진화 역사에 대한 누적 영향은 부인할 수 없습니다. Smelt에서 전달 된 AFP 유전자의 영향을받습니다. Graham은“제련 이이 유전자를 얻 자마자 즉각적인 선택적 이점이 있다고 생각합니다. "그 선택적 이점은 얼음물에서 얼어 붙지 않습니다." 그것은 제련이 북쪽으로 퍼져서 북극에서 자유 고삐를 즐길 수 있음을 의미했습니다.
전염성 요소가 때때로 "정크"DNA로 기각 되더라도 극적인 영향을 줄 수 있습니다. Schaack은 전이성 요소는“가장 흥미롭고 역동적이며 잠재적으로 영향력있는 분야”라고 말했다. 그들은 붙여 넣을 때 DNA를 변경할뿐만 아니라 반복적 인 서열로 구성되어 있기 때문에 그들의 존재는 유전자 재조합의 가능성을 증가시킵니다.
Feschotte는“당신이 원하는 것은 당신에게 트랜스 포슨이 할 수 있고 무엇을 할 수 있는지에 대한 예를 제공 할 수 있습니다. "새로운 유전자, 새로운 조절 서열, 염색체 재배치 - 이름을 지정합니다." 그는 천문학적 다양성의 항체를 생성하는 면역 체계의 능력이 4 억년 전에 모든 턱받이의 조상의 게놈에 갑자기 들어간 TE에서 나온 것으로 보인다.
.길버트는 TES가 게놈 참신의 거대한 원천이 될 수 있다는 데 동의했다. "이러한 요소가 수평 전달을 통해 분류군 사이에서 많은 양도되었다는 사실은 수직 진화를 통해뿐만 아니라 수평 전달이 중요한 영향을 미친다는 것을 의미합니다."
Adelson은 신체 세포로의 전이가 진화적인 막 다른 골목이지만 개인의 건강과 체력에 영향을 줄 수 있다고 Adelson은 지적했다. 세포의 게놈을 변경하면 암 성장을 유발하는 것과 같은 생리적 파급 효과가있을 수 있습니다. "우리는 이런 것들의 영향이 무엇인지에 대해 전혀 모른다"고 그는 말했다.
미래의 연구는 우리의 일상 생활에서 DNA 전달 속도를 정량화 할 수 있습니다. Adelson은 최근 단일 세포 및 장거리 시퀀싱의 발전으로 인해 전송이 실시간으로 도달 범위 내에서 실시간을 볼 수 있다고 말했다. "누군가가 처음으로 누군가가 모기에서 물린 인간에게 DNA가 전달되었다고보고했을 때…
진화론 적 모델링 및 유전학의 발전은 마침내 10 년 전에는 너무 어려운 고대 유전자 이체를 찾을 수있게 해줄 수 있습니다. 길버트는 충분한 전체 게놈이 이제 자신과 동료들이 수백 개의 TE 전송을 감지했을 때 전체 유전자 이체를 위해 척추 동물 트리를 스캔 할 수 있다고 시퀀싱되었다고 생각합니다. "우리는 그렇게 할 생각을 해왔다"고 말했다. "우리는 그냥해야합니다."
