Повилика — растение-паразит, которое обвивает стебли соседей и высасывает из них питательные вещества. Но, как выяснилось, она крадёт не только еду. Новое исследование показало: повилика заимствует чужие гены, а затем перестраивает их под себя, сохраняя исходную функцию. Это не просто воровство — это настоящая генная инженерия, растянувшаяся на миллионы лет.

Как растение крадёт ген и делает его своим

Обычно гены передаются от родителей к потомству. Но существует и другой путь — горизонтальный перенос генов (HGT), при котором генетический материал переходит между неродственными организмами. У бактерий это обычное дело, а вот у растений — редкость. Тем не менее, паразитические виды вроде повилики (Cuscuta spp.) имеют уникальную возможность: они напрямую контактируют с тканями хозяина, и через эти контакты гены могут переходить из одного растения в другое.

Команда исследователей под руководством профессора Ко Аоки из Высшей школы сельского хозяйства Осакского столичного университета решила проследить, что происходит с такими «украденными» генами после того, как они попадают в геном паразита. Вместе с коллегами из Suntory Global Innovation Center, Национального института фундаментальной биологии и других организаций они изучили эволюционную историю гена CYP81Q.

Выяснилось, что этот ген изначально принадлежал цветковому растению из порядка Ясноткоцветные (Lamiales) — к нему относятся многие лекарственные и кулинарные травы. В далёком прошлом ген был перенесён к предкам повилики. И он оказался полезным: CYP81Q участвует в синтезе сезамина — лигнана с антиоксидантными свойствами. Получив этот ген, повилика обрела способность производить сезамин самостоятельно.

Прыгающие гены и новый интрон

Но на этом история не закончилась. Со временем чужеродный ген претерпел изменения. В него встроились фрагменты транспозонов — так называемой «прыгающей ДНК», способной перемещаться по геному. Одна из таких вставок со временем стала частью новообразованного интрона — участка гена, который удаляется из РНК перед тем, как генетическая инструкция используется для создания белка.

Несмотря на все эти структурные перестройки, ген продолжал работать. Перестроенный CYP81Q по-прежнему производил функциональный фермент, способный синтезировать сезамин. «Это показало, что ген сохранил свою биологическую функцию, несмотря на значительные структурные изменения», — резюмировал профессор Аоки.

Не конец, а начало эволюции

Это открытие меняет представление о горизонтальном переносе генов. Раньше считалось, что после переноса ген просто закрепляется в новом геноме — и на этом его эволюция заканчивается. Но исследование демонстрирует: ген может продолжать эволюционировать внутри паразита, структурно интегрируясь в новое окружение и при этом сохраняя исходную функцию.

«Обычно горизонтальный перенос генов — это процесс, характерный для бактерий, — отметил профессор Аоки. — Наши результаты — ещё одно доказательство того, что он встречается и у растений».

Для паразитических растений этот процесс может быть особенно важен. Их прямые связи с другими растениями создают необычные возможности для перехода генов через видовые границы. А после переноса такие гены становятся сырьём для дальнейших эволюционных изменений.

История CYP81Q выходит за рамки простого «воровства» полезного гена — она показывает, как растение делает заимствованный генетический материал по-настоящему своим. Результаты опубликованы в журнале Plant Physiology.

Кстати, это не единственный пример того, как генетические механизмы оказываются сложнее, чем казалось. Ранее мы рассказывали, как гарвардские генетики обнаружили, что рыжие волосы у людей — результат ускоренного естественного отбора после неолитической революции (Гарвард нашёл в ДНК 18 000 лет). А теперь выясняется, что и растения способны на неожиданные генетические трюки, которые переворачивают привычные представления об эволюции.