Представители отряда палочников имеют в своем арсенале биохимический пектиназы ферменты, расщепляющие пектин. Сравнивая гены пектиназ вы палочников и других двух групп животных (насекомых-листоедов и нематод), а также в различных бактерий, международная группа ученых определила, источником этих генов. Палочники, как оказалось, получили гены пектиназ своих бактериальных соседей — гамма-протеобактерий, живут в кишечнике и их кормовых растений. Новый биохимическое свойство оказалось для травоядных палочников чрезвычайно полезным: он ускорился резко видообразование, так что, в конце концов, сформировалась обширная группа, около 3000 видов. Это исключительно хороший пример формирования нише высокого ранга — группу, после победы новый признак, в данном случае, биохимического и в то же позаимствованного бактерий за счет горизонтального переноса генов.
Новое доказательство горизонтальный перенос генов (ГПГ) от прокариот к эукариотам представили ученые из Института химической экологии имени Макса Планка в Йене (Германия) с коллегами из Института зоологии и эволюционной биологии Йенского университета, Института зоологии и антропологии из университета Геттингена, Университета Ниццы (Франция) и китайский Национальный банк генов в Шэньчжэнь. Сам факт, что ГПГ от бактерий к эукариотам уже не очень удивительно: на сегодняшний день найдено множество нагляднейших примеров этого явления (Бактериальные гены помогают нематодам паразита в 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). Еще один пример, кроме доверия доказательства того, горизонтальный перенос бактерий к эукариотам, интерес в двух аспектах. Во-первых, это случай нескольких независимых ГПГ с аналогичной функцией; во-вторых, в этом случае, оправдано идеей взрывной эволюции, которые привели к образованию обширной нише высокого ранга. Другими словами, мы видим, например, становится большой нише, после приобретения силы гена бактерий.
Это достаточно диверсифицированной компании палочников Phasmatodea, одной около 3000 видов. Современные систематики делятся на несколько подотрядов и семейств, самым примитивным из которых Timematodea. Она включает в себя род Timema от 20 до 30 видов. Палочники, и предки Timema, появились около 125 миллионов лет назад, тем не менее, интенсивное видообразование в этой группе, судя по молекулярным данным, как это было в начале кайнозоя, 60 миллионов лет назад. То Timema собрав все остальные семейства палочников. В период его активного видообразования только совпадает с бурной радиации цветущих растений.
Это совпадение нет ничего удивительного, ведь палочники предпочитают строгую вегетарианскую диету. Они высасывают соки из растения, и для эффективного потребления этой еды им должно быть в состоянии сломать твердых веществ из тканей растений — целлюлоза и пектин. Как правило, насекомые они делают, их работа микросимбионты, которые живут в желудочно-кишечном тракте. Но не всегда. Таким образом, доказано, что некоторые группы насекомых обладают пектиназы (см. Пектиназы), способные расщеплять пектин не хуже бактериальных аналогов. Так счастливые обладатели пектиназ включают представителей жуков-листоедов, долгоносиков и палочников, и, кроме них, пектиназной банк имеет некоторые нематоды живут на корнях растений. Где пектиназы, эти группы?
Эта учетная запись предоставляет два очевидных предположений. Первый — пектиназные аналогов расположите предков линяющих (не будем забывать, что пектиназы имеет нематод и без соответствия отряды насекомых); в ходе эволюции и все линии членистоногих, предпочитают диете, пектиназы исчезли, становится только травоядных экспертов. Вторая гипотеза — ГПГ, через которую в далеких групп животных получили пектиназные генов независимо друг от друга. Источник генов пектиназ могут быть различные группы бактерий. Эти гипотезы могут быть проверены. Если верно первое, то все, пектиназы, нематод и насекомых, похожи. Их происхождение может получить от одной предковой линии. Если верна вторая гипотеза, то, происхождения, наборов пектиназ на три группы будет мало общего: скорее всего, они реконструируются два или три начальных корня.
Ученые выбрали из базы генетической информации GenBank все данные по нуклеотидным последовательность пектиназ насекомых, добавили свои собственные данные, полученные по транскриптомам шести представителей палочников, четыре из которых изучили более тщательно. Получилось около 90 вариантов пектиназ. Затем они сравнили между собой и с пектиназами линий различных бактерий. Сравнить результаты показали, что пектиназы нематод, насекомых-листоедов и палочников, группируются отдельно, и каждой группе соответствуют свои специфические бактериальные пектиназы. Нематодные пектиназы рядом ферментам гамма-и бета-протеобактерий, пектиназы насекомых — пектиназам бактерий типа Bacteroidetes и палочников — гамма-протеобактерий, не связанных линий медиа-нематодных пектиназ.
Как распознать гены пектиназ насекомых, нематод и бактерий. Палочники — зеленый кластера, листоеды — оранжевый кластера, нематоды — красный кластера. Видно, что каждая группа животных рядом с его бактериальной линии (они показаны синим). Изображения из обсуждения статьи в Scientific Reports
Это однозначное свидетельство, независимое приобретение генов пектиназ бактерий. Это означает, что первоначальный сценарий, наличие пектиназ их общих предков линяющих животных, не подтверждена. Насекомые и нематоды позаимствовали гены пектиназ, при необходимости, и, вероятно, по воле случайности. Правообладатели этих генов были или бактерии-симбионты, или свободноживущие бактерии, которые обитают в кормовые растения.
Пектиназы были найдены в четыре или пять больших подгрупп палочников. Активность пектиназ в каждой из этих четырех подгрупп имеет свои особенности, которые четко кластеров. Другими словами, активность пектиназ вы можете указать точно, к какому типу семьи относится изученный представитель палочников, или, наоборот, для каждого представителя палочников может предсказать, набор пектиназ. Но самое интересное в этой фотографии-это не наличие, а отсутствие пектиназ пятой подгруппы палочников. Эта подгруппа является Timematidae, примитивные палочники.
Как распознать, связанные палочникам групп насекомых и пектиназ (зеленая зона). Вы палочников Timema пектиназ не. Ряд внизу слева указывается время разделения ветвей (в млн лет назад). Изображения из обсуждения статьи в Scientific Reports
Ученые не без оснований считают, что пектиназные генов подошел к палочникам после формирования этой семьи, но до начала интенсивного видообразования в этой группе. Timematidae существовали в течение 60 миллионов лет, пользуясь услугами бактериальных партнера, которые расщепляют пектин. Таким образом, после достижения ген/гены пектиназ для личного использования, начал быстрое видообразование палочников. В общей сложности, очень быстро разработал сотни новых видов. Эти виды объединяются в один отряд. Но не знаете, как сделать систематики, если бы из всех палочников они будут известны только Timema. Вероятно, присоединили бы к партии, связанные эмбий или тараканосверчков.
Но, так или иначе, перед нами разнообразный отряд, который сформировал, не в последнюю очередь, в результате приобретения силы биохимия характеристика. Он дал им возможность лучше справляться с обильными, но это трудно перевариваемой пищей. Эта характеристика не развивалась постепенно в ходе эволюции, и был получен из бактериальных соседей с ГПГ. Это событие является хорошим горизонтальный перенос генов — это случилось в нужное время (радиация растения с цветками) и соответствующую группу (предрасположенной к зелени в еде).
Источник: Матан Shelomi, Этьен G. J. Danchin, Дэвид Heckel, Бенджамин Wipfler, Sven Bradler, Zhou Xin & Yannick Pauchet. Horizontal Gene Transfer of Pectinases Бактерий Preceded the Diversification of Stick and Leaf Насекомые // Scientific Reports. 2016. DOI: 10.1038/srep2638.
Елена Наймарк
