Грибы поселились на растениях благодаря бактериальным генам

Горизонтальный перенос гена от бактерий к грибам на корнях растений происходил не менее пятнадцати раз.

Сейчас уже мало кто сомневается в том, какую огромную роль играет горизонтальный перенос генов в эволюции бактерий и архей – их гены легко могут покидать одну клетку и переселяться в другую безо всякого клеточного деления. Перенос генов у бактерий и архей осуществляется разными путями, здесь играют свою роль и вирусы с вирусоподобными элементами, и способность бактерий просто принимать ДНК из внешней среды, и прочие механизмы. Понятно, что новый ген означает новые возможности, в том числе и эволюционные. Бактерия может с его помощью освоить ранее недоступную ей нишу, правда, для этого ей нужно будет удержать полученный ген при себе.

Что же до эукариот, к которым относятся животные, растения, грибы, то у них, как считается, горизонтальный перенос генов очень и очень слаб, если вообще есть. Эукариоты обмениваются генами почти исключительно по вертикали, то есть от родителей к потомкам, а сырьё для эволюции их геному поставляют разнообразные генетические мутации, включающие удвоения (дупликации) целых генов. Примеры обмена генами между разными видами животных, растений, или же между ними и бактериями крайне немногочисленны.

Однако, как полагают исследователи из Лионского университета, горизонтальный перенос генов у эукариот случается гораздо чаще, чем принято считать – по крайней мере, если иметь в виду обмен генами между эукариотами и бактериями. Даниэль Мюллер (Daniel Muller) вместе с коллегами изучал почвенных бактерий, живущих вблизи корней растений. У этих бактерий есть ген acdS, который способствует росту корневой системы. И вот, когда их геномы сравнили с геномами ряда эукариотических организмов, то оказалось, что ген acdS есть у 61 разновидности грибов. (Плюс четыре разновидности паразитических оомицетов, которые раньше тоже относились к грибам.)

Как пишут авторы работы в Proceedings of the Royal Society B, скорее всего бактериальный ген попал к эукариотам с помощью горизонтального переноса, причём перенос этот имел место не один раз, а целых пятнадцать, и донорами гена выступали три разновидности бактерий. Попав в нового хозяина, acdS продолжал выполнять ту же функцию, то есть облегчал взаимодействие между растением и носителем гена. Грибам с acdS в геноме проще было колонизировать корни, – иными словами, освоить новую среду обитания.

Даже если принять во внимание, что грибы устроены проще тех же растений, такая высокая частота переноса генов довольно необычна. Возможно ли, что бактерии до сих пор продолжают до какой-то степени формировать эукариотические геномы? Впрочем, некоторые биологи полагают, что вероятность переноса генов от бактерий к эукариотам несколько преувеличена – просто потому, что мы не всегда можем в точности восстановить интересующие нас эволюционные деревья, и потому не всегда можем точно понять, где и когда случался перенос.

С другой стороны, не очень понятно, как именно в данном случае ген мог перейти от бактерий к грибам. Он совершил своё путешествие в одиночку, в то время как обычно горизонтальный перенос происходит с группой генов. Кроме того, возникает вопрос о молекулярных механизмах «прыжка» acdS, так как никаких привычных последовательностей ДНК, которые осуществляют подобные операции, тут не обнаружили. Но и бактерии, и грибы занимают всё-таки одинаковую прикорневую экологическую нишу, и их близкое соседство говорит в пользу возможного горизонтального переноса гена.