圖片展示了BovB轉(zhuǎn)座子廣泛存在于進化樹的各物種中——例如海膽、大象、奶牛和蛇。
澳大利亞阿德萊德大學(xué)(University of Adelaide)的科學(xué)家認為，物種間廣泛的基因轉(zhuǎn)移完全不同于父母向后代遺傳，它從根本上改變了當(dāng)今哺乳動物的基因組，并成為進化的重要驅(qū)動力。7月8日發(fā)表在《基因組生物學(xué)》(Genome Biology)雜志上的研究結(jié)果表明，水平基因轉(zhuǎn)移遠比人們想象的普遍。
在世界上最大的所謂的“跳躍基因”研究中，研究人員追蹤到兩種特定的跳躍基因，它們跨越了759個植物、動物和真菌物種。這種跨物種轉(zhuǎn)移甚至出現(xiàn)在動物和植物之間，并在整個進化歷程中頻繁發(fā)生。這些跳躍基因?qū)嶋H上是小片段的DNA，它們能夠在整個基因組中自我復(fù)制，這被稱為轉(zhuǎn)座子。
研究人員所追蹤到的轉(zhuǎn)座子——L1和BovB——曾作為外來DNA進入哺乳動物體內(nèi)。這是第一次有人發(fā)現(xiàn)對人類如此重要的L1轉(zhuǎn)座子可在物種間跳躍。
這項研究的負責(zé)人、阿德萊德大學(xué)生物信息學(xué)中心主任David Adelson教授說：“跳躍基因，準(zhǔn)確的稱呼為反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子，可在不同物種的基因組中自我復(fù)制。盡管還可能涉及到昆蟲(如蜱蟲、蚊子)或病毒，但跳躍基因是如何做到這一點的目前尚不清楚——這仍然是一個大難題。”
“這個過程被稱為水平轉(zhuǎn)移，不同于常規(guī)的親子轉(zhuǎn)移，它對哺乳動物的進化產(chǎn)生了巨大的影響。例如奶牛和綿羊25%的基因組源于跳躍基因?！盇delson教授說，“把跳躍基因想象成寄生蟲，DNA里有什么并不是那么重要——實際上，它們會把自己引入其他基因組，從而破壞基因及其調(diào)控方式。”
論文的第一作者、阿德萊德大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后Atma Ivancevic博士說：“人們曾經(jīng)認為L1轉(zhuǎn)座子只能從父母遺傳給后代。以往的大多數(shù)研究只觀察了少數(shù)物種，并沒有發(fā)現(xiàn)基因轉(zhuǎn)移，而我們研究了盡可能多的物種。”
人類的L1轉(zhuǎn)座子與癌癥和神經(jīng)紊亂有關(guān)，了解其遺傳性對理解疾病的進化十分重要。他們發(fā)現(xiàn)L1s在真菌中并不常見，但在植物和動物中大量存在。而最令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，兩種關(guān)鍵的哺乳動物物種——澳大利亞的單孔目動物(鴨嘴獸和針鼴)缺乏L1s——表明這種基因是在單孔目分化出去之后才進入到哺乳動物的進化通路之中的。
Adelson教授說：“我們認為L1s進入哺乳動物的基因組是過去1億年哺乳動物快速進化的主要驅(qū)動力。”
研究小組還研究了BovB轉(zhuǎn)座子在物種間的轉(zhuǎn)移，這種跳躍基因要年輕得多：它最初發(fā)現(xiàn)于奶牛，但后來被證實它在很怪異的動物組合之間跳躍，包括了爬行動物、大象和有袋類動物。Adelson教授早期的研究發(fā)現(xiàn)，蜱蟲很可能是BovB跨物種轉(zhuǎn)移的推動者。
新的研究通過擴展分析發(fā)現(xiàn)BovB的跳躍比先前預(yù)期的更加廣泛，它已經(jīng)在青蛙和蝙蝠之間轉(zhuǎn)移了至少兩次，新的潛在媒介物種包括床虱、水蛭和蝗蟲。研究小組認為，研究昆蟲類群有助于找到更多跨物種轉(zhuǎn)移的證據(jù)。他們還致力于研究其他跳躍基因，并探索水生載體的可能性，如船蛆和線蟲。
Adelson教授說：“盡管最近的研究分析了超過750個物種的基因組，但我們對水平基因轉(zhuǎn)移的認識還處于皮毛階段，還有更多的物種和其他類型的跳躍基因有待研究?！?/p>
編譯：燈絲 審稿：alone 編輯：程建蘭
