열대 우림의 잎에 자리 잡은 작은 황금 맨텔라 개구리는 비밀을 보유하고 있습니다. 그것은 포크 가죽 개구리, 갈대 개구리 및 섬 마다가스카르 섬의 언덕과 숲에있는 수많은 개구리, 그리고 그들에게 먹이를주는 보아스와 다른 뱀과 비밀을 비밀로 공유합니다. 이 섬에서는 많은 동물 종이 다른 곳에서 발생하지 않는 많은 사람들이 최근에 놀라운 발견을했습니다. 개구리의 게놈을 뿌린 것은 유전자, bovb 입니다. , 그것은 뱀에게서 나온 것 같습니다.
과학자들은 전 세계의 개구리와 뱀 종의 게놈을 포기한 후 4 월에 분자 생물학 및 진화의 논문에서보고했다. 이 유전자는 어떻게 든 뱀에서 개구리까지 지구 전체의 50 번 이상 여행을 갔다. 그러나 마다가스카르에서는 놀라운 무차별로 개구리에 삽입되었습니다. 샘플링 된 개구리 종의 91%가 그것을 가지고 있습니다. 무언가가 마다가스카르를 유전자가 모바일을 얻을 수있는 예외적 인 장소로 만드는 것 같습니다.
Nagahama Bio-Science and Technology Institute of Bio-Science and Technology Institute의 부교수이자 새로운 논문의 선임 저자 인 Atsushi Kurabayashi는 먼저 개구리에서 유전자의 뱀 버전을 보았을 때 당황했습니다. 그는 유전체학을 전문으로하는 동료에게 물었고, 동료는 즉시“수평 전달이어야합니다!”라고 소리 쳤다. - 부모로부터의 어린이에 의한 유전자의 수직 상속과는 달리, 한 종에서 다른 종으로의 유전자를 전이.
.그 폭발은 쿠라 바야시 (Kurabayashi)가 한때 매우 드문 것으로 생각되는 현상의 흔적에 보냈지 만, 더 나은 게놈 시퀀싱의 상승으로 인해 생물 학자들은 그 의견을 재평가했다. 그리고이 새로운 논문은 유전자의 수평 전이가 다른 곳보다 어떤 곳에서는 더 많은 이야기가 더 많이 복잡하다는 것을 보여줍니다. 그것은 수평 이체에 대한 설명을 찾을 때, 연구자들은 단순한 유전 적 메커니즘을 넘어 종이 사는 생태적 맥락으로 바라 볼 필요가있을 수 있다고 제안한다. 게놈 주의자들은 여전히 복잡한 유기체에 일반 또는 희귀 한 수평 이체가 어떻게되는지 이해하기 위해 고군분투하고 있지만 마다가스카르와 같은 일부 장소는 그들에게 핫한 장소가 될 수 있습니다.
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유전자가 방황 할 때
수평 전달은 박테리아에서 흔합니다. 보풀 브러시가 고양이 머리카락을 집어 들면서 지구상의 거의 모든 구름을 채우는 단일 세포 유기체는 환경에서 유전자를 픽업합니다. 이것이 바로 항생제에 대한 박테리아 내성이 널리 퍼져있는 이유 중 하나입니다. 보호 유전자가 쉽게 통과되며 자연 선택은 내성 박테리아가 이웃을 능가하고 유전자를 다음 세대로 전달하도록합니다. 박테리아는 유전자를 쉽게 교환하여 일부 과학자들은 심지어 박테리아가 분기 가계도가 아닌 관련 삶의 웹을 형성 할 것을 제안했습니다.
그러나 인간, 개구리 및 뱀과 같은 진핵 생물 유기체의 세포는 다릅니다. 그들의 세포 핵은 일반적으로 게놈을 보호하기위한 요새처럼 보입니다. DNA는 Citadel의 라이브러리에 조심스럽게 코일을하고 저장되며, 효소는 주어진 시간에 검사 해야하는 유전자만을 불러냅니다. 셀에는 DNA 손상을 방지하고 마모를 복구하기 위해 셀에는 실패 안전이 적재됩니다. 게놈이 귀중한 조명 원고와 같다면 사서들은 칼을 가지고 다니고있다.
그럼에도 불구하고, 진핵 생물과 관련된 수평 유전자 전이의 예는 과학 문헌에 계속 흘러 들어있다. 북극, 북태평양 및 북대 대서양의 얼음 물에서 수영하는 무관 한 물고기, 청어와 제련소는 혈액을 얼지 못하게하는 단백질에 대해 정확히 같은 유전자를 가지고 있습니다. 아마도 청어에서 제련소로 뛰어 들었을 것입니다. 캐나다 Queen 's University의 분자 생물 학자 인 Laurie Graham과 그녀의 동료들은 작년에 그것을보고했습니다. 그들의 발견은 너무 직관적이어서 그레이엄이 작품을 출판하는 데 어려움을 겪었습니다.
마찬가지로, 진화론 생물 학자 Etienne G.J. 프랑스의 농업, 식품 및 환경 국립 농업 연구소의 Danchin과 그의 동료들은 선충 벌레가 박테리아에서 얻은 효소 제품군을 연구하고 있습니다. 그리고 100 명 이상의 유전자 가족은 미생물에서 식물로 도약 한 것으로 보인다. 올해 동부 캐롤라이나 대학교 (Eastern Carolina University)의 Jinling Huang과 동료들은 올해 논문을 썼다.
.이 불가능한 전학 중 일부에 진화가 미소를 지은 이유는 아름답게 분명한 이유가 있습니다. 유전자가있는 물고기는 얼지 않습니다. 선충의 소화 효소는 그들이 먹는 식물의 세포에서 더 많은 에너지를 짜낼 수있게합니다. 박테리아에서 픽업 된 효소 클러스터로 인해 진화론 생물 학자 Debashish Bhattacharya와 Rutgers University의 학생 Julia van Etten이 연구 한 온천 드 웨딩 붉은 조류는 그렇지 않으면 그들을 죽일 물질과의 접촉에서 살아남을 수 있습니다. 유전자가 생존을 높이면 첫 번째 유기체의 후손이 인수하기까지 오래 걸리지 않습니다.
그러나 이러한 모든 방황 유전자가 반드시 이점을 전달하는 것은 아닙니다. bovb 잘 알려진 트랜스 포손, 게놈 주위에서 무작위로 점프하기 쉬운 유전자 물질 스크랩입니다. 어떤면에서, 마다가스카르의 뱀에서 개구리로 점프하는 것은 평소보다 기괴하게 더 큰 도약입니다. 더욱이, 트랜스 포손은 게놈에 중대한 영향을 미칠 수 있지만 bovb 전통적인 의미에서 기능이있는 유전자가 아닙니다. 그 자체로 사본을 만드는 것은 약간의 DNA 일뿐입니다. Kurabayashi는 bovb 의 가능성에 대해 언급합니다 개구리는 배제 할 수 없으며 bovb 일 가능성이 높습니다. 자기 복제에서 자신의 공격적인 성공을 통해 지속됩니다. 이것은 왜 진핵 생물이 다른 유기체의 유전자 물질로 가면 bovb 와 같은 트랜스 포손이 왜 그런지 설명하는 데 도움이 될 수 있습니다. 종종 관여합니다.
진핵 생물이 박테리아에서 유전자를 집어 올리는 것처럼 보이지만, 낯선 사람은 여전히 다른 방향으로 수평 유전자 전달의 예가 크게 드물다는 사실입니다. 어떤 이유로 박테리아는 우리의 유전자를 원하지 않습니다. 진핵 생물 유전자는 구조적 특징을 가지고있어 박테리아의 완벽한 물질보다 덜 만들지 만 다른 기여 요인도있을 수 있습니다.
브리티시 컬럼비아 대학교 (University of British Columbia)의 생물 학자 인 패트릭 킬링 (Patrick Keeling)은“진핵 생물은 박테리아가 관심을 갖는 유전자가 없을 것”이라고 말했다.
바이러스 성
박테리아와 달리, 바이러스는 진핵 생물 숙주에서 유전자를 집어 들기위한 진정한 요령을 가지고 있습니다. 바이러스, 특히 레트로 바이러스라는 바이러스는 숙주의 세포와 핵에 들어가는 도구를 가지고 있으며, 유전자 물질을 숙주 게놈에 삽입하는 마스터입니다. 인간 게놈의 최대 8%는 레트로 바이러스의 남은 음식, 우리 종의 역사에서 장기 감염 조각으로 구성됩니다.
때로는 전송이 다른 방식으로갑니다. 자연 미생물학 에 출판 된 논문에서 지난 12 월, 옥스포드 대학교 (University of Oxford University)의 공동 작업자 니콜라스 어윈 (Nicholas Irwin)과 동료들과 동료들은 201 년 진핵 생물과 108,842 바이러스 사이의 수평 유전자 전달에 대한 최초의 포괄적 인 분석을 수행했습니다. 그들은 6,700 개가 넘는 유전자 전이에 대한 증거를 발견했으며, 바이러스-호스트 전이보다 약 2 배의 호스트-바이러스 전송이 있는데. 그들은 수평 유전자 전이가 양쪽에서 진화의 주요 동인 이었다는 결론을 내렸다. 바이러스는 종종 획득 한 진핵 생물 유전자를 사용하여 숙주를 감염 시키는데 더 효과적이되기 위해, 진핵 생물은 때때로 바이러스 유전자의 요소를 사용하여 새로운 특징을 만들거나 새로운 방식으로 그들의 대사를 조절하기 위해 사용했다.
이와 같은 결과는 일부 생물 학자들에게 바이러스에 의해 적어도 일부 수평 유전자 전이가 촉진 될 수 있다고 설득했다. 바이러스가 숙주에서 유전자를 픽업 할 수 있고 게놈 조각을 남길 수 있다면, 때때로 감염된 마지막 숙주에서 또는 심지어 세대 전부터 한 세대의 유전자로 페리를 타고 새로운 숙주에게 줄 수 있습니다.
바이러스의 관여는 또한 진핵 생물의 수평 전이에 대한 또 다른 퍼즐을 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 전송이 발생하기 위해서는 여행 유전자가 일련의 장애물을 제거해야합니다. 먼저 그들은 기증자 종에서 새로운 숙주 종으로 가져와야합니다. 그런 다음 그들은 핵에 들어가서 숙주 게놈에서 스스로를 흡수해야합니다. 그러나 개구리와 헤링과 같은 다세포 생물에서는 생식선이나 계란에 몰래 들어갈 수 없다면 유전자가 동물의 자손에게 전달되지 않습니다.
.바이러스는 일련의 이벤트를 더 많이 만들 수 있습니다. Danchin은 선충과 같은 작은 유기체에서 생식 관과 생식 세포는 식품에 섭취 된 바이러스가 정착 될 수있는 장에서 멀지 않다고 말했다. 개구리는 계란과 정자를 열린 물로 방출하기 때문에 그 세포는 유전자에서 미끄러질 수있는 환경의 바이러스에 잠재적으로 취약합니다.
더 큰 생물이 있더라도 생각보다 쉬울 수 있습니다. 이 시점에서 그것은 여전히 투기적인 아이디어이지만“생식 관은 미생물과 바이러스로 가득 차있다”고 Danchin은 말했다. "우리는 일부 바이러스가 구체적으로 생식 관에 감염된 것을 알고 있습니다."
Keeling은 수평 유전자 전달의 신비를 이해하기 위해서는 아마도 유기체 행동, 이웃 및 환경의 생태적 결과로 생각해야한다고 제안합니다. 수평으로 전달 된 유전자가 생존 혜택을 부여한다면, 유전자의 수용자가 얼음 바다, 온천, 힘든 방어가있는 식욕을 돋우는 숙주 식물 인 특정 시나리오에 대해 매우 우발적 일 수 있습니다. "그들은 그 일이있는 생태와 관련이 있지만 변한다"고 그는 추측했다. 환경의 잘못된 변화로 전이 된 유전자는“더 이상 유리하지 않으며 잃어 버렸습니다.”
.생태 학적 단서
진핵 생물에서 수평 유전자 전달은 항상 발생할 수 있습니다. 뒷마당의 연못, 발 아래의 토양, 동물, 곤충 및 생태계를 구성하는 곤충 및 식물에서 발생합니다. Bhattacharya는“우리가 아는 것보다 더 많은 양도가 있다고 생각합니다. "우리는 그들이 휩쓸려 있기 때문에 그들을 보지 못합니다."
개구리가 뱀을 갖는 것이 얼마나 흔한 지 확인하려면 bovb Kurabayashi의 팀은 DNA 시퀀싱을 위해 전 세계의 개구리 샘플을 위해 동료들에게 연락했습니다. 그들은 149 종 중 50 명이 bovb 로 돌아 왔다는 것을 알았습니다. . 그들이 테스트 한 32 개의 Malagasy 개구리는 샘플링 된 모든 종의 1/4 미만을 구성했지만 29 명은 뱀 유전자를 가지고있었습니다. 더욱 조상이 아프리카에서 마다가스카르로 이주한 후까지.
그레이엄은이 논문의 가장 흥미로운 점은“전송 속도가 균일하지 않다는 것을 보여주고있는 것입니다. 그것은 지리적 지역마다 크게 다릅니다.” 더 많은 연구가 전 세계에서 유전자 전달을 바라 보는 목표를 달성한다면 (전송이 다른 장소에서 다른 속도로 발생했는지 여부를 보는 것) 우리가 찾은 것은 우리를 놀라게 할 수 있습니다. 아마도 지리학은 우리가 기대할 수있는 것보다 더 중요합니다.
마다가스카르의 환경에 대해 유전자 이체를위한 핫스팟이 있습니까? 아무도 모릅니다. Kurabayashi는 그와 그의 그룹이 뱀이 뱀이 가장 강하게 의심한다고 말합니다. 마다가스카르에서는 새로운 호스트에 들어가는 데 조금 더 나아지면서 세계의 다른 곳에서는 다른 버전과 다릅니다.
그러나 섬의 기생충의 풍부도 기여 요인 일 수 있습니다. 예를 들어, 독일의 브라운 슈 바이지 대학교 (Braunschweig University of Technology)의 허영 전문가이자 새로운 논문의 저자 인 미구엘 벤스 (Miguel Vences)는“마다가스카르에는 많은 거머리가있다”고 말했다. "열대 우림에 있다면 알게 될 것입니다." 피를 흘리는 생물은 개구리와 뱀을 포함한 많은 종류의 동물을 먹으며 인간을 샘플링하는 것보다 우수하지 않습니다. Vences와 그의 동료들은 거머리가 뱀의 점프 유전자를 포함하는 혈액을 개구리에 가져 오거나 아마도 점프 유전자가 이미 뱀과의 이전 접촉에서 거머리의 게놈에 이미있을 것이라고 추측합니다. 그런 다음 미확인 바이러스가 나머지를 수행 할 수 있습니다.
불행히도, 그러한 수평 이체가 어떻게 발생했는지를 설명하는 시나리오를 증명하거나 반증하는 것은 쉽지 않습니다. DNA 서열을 보존하기 위해 선택할 수 없다면, 그들은 돌연변이를 일으키고 긴 시간에 걸쳐 스크램블되는 경향이 있으며, 전달의 분자 증거를 지우는 경향이있다. 바이러스가 이전에 관여하면 처음에는 거의 증거가 거의 없을 수 있다고 Graham은 말했다. 따라서 연구자들은 그것이 어떻게 일어나고 있는지 알기 위해이 법에서 유전자 점프를 잡아야 할 수도 있습니다.
Bhattacharya는 프로젝트의 초기 단계에 있습니다. 옐로 스톤 국립 공원의 레모네이드 크릭 (Lemonade Creek)의 온천에서 그와 그의 동료들은 여전히 보류 중일 수있는 전학의 징후를 찾고 있습니다. 그들은 스프링에 사는 박테리아에서 유전자를 픽업 한 적혈구 DNA를 연구하고 있습니다. Bhattacharya는“우리는 수백만 년 전에는 이야기하지 않습니다. "우리는 같은 환경에서 두 가지 다른 삶의 영역에서 공존하는 매우 유사한 DNA에 대해 이야기하고 있습니다."
과학자들이 인근 스프링의 조류에 이러한 전이 된 유전자가 없다는 것을 알게되면, 이웃의 봄에서 다음 봄까지 조류를 통해 바깥쪽으로 움직이는 유전자 변화의 파문이 시작되는 것을 목격 할 수 있습니다. 각각의 새로운 뜨거운 수영장은 변형 위기에있는 섬일 수 있습니다.
