Americkí vedci odpovedali na otázku, ako sa niektoré rastliny stávajú dravcami. Ukázalo sa, že v tomto procese zohrávajú dôležitú úlohu početné zmeny chromozómov. To umožňuje telu získať komplexné pasce, z ktorých sa obeť nemôže dostať von. Lenta.ru hovorí o novej štúdii uverejnenej v časopise Zborník Národnej akadémie vied.
Utricularia gibba alebo pemphigus hrbáč obyčajný je dravá rastlina, ktorá využíva lapače bublín na chytanie malého vodného hmyzu. Keď sa obeť dotkne citlivých chĺpkov na močovom mechúre, za tisícinu sekundy je nasávaná dovnútra spolu s vodou, potom musí len čakať na smrť v zažívacích štiav rastliny.
Ako získala rastlina schopnosť zožrať hmyz? Vedci sa domnievajú, že odpoveď na túto otázku leží vo vnútri genómu pemfigu. V priebehu vývoja sa gény objavujú, miznú a prestavujú, čo mení telo. Niečo sa stalo s DNA mäsožravých rastlín, ktorá ich zmenila z obyčajných kvetov na monštrá. Čo presne - zistíte stopy starodávnych genetických udalostí, ktoré zostali v genóme U.gibba.
Pemfigus má relatívne malý genóm. To znamená, že mnoho génov sa počas evolúcie odstránilo ako zbytočné, ale medzi tými, ktoré prežili, boli presne také gény, ktoré z U.gibby urobili predátora. Vyskytli sa v dôsledku zmien v DNA, vďaka ktorým bolo telo lepšie prispôsobené prostrediu.
Ako sa objavujú nové gény? Napokon, ak sa mutácia dotkne oblasti DNA, ktorá hrá v živote dôležitú úlohu, je pravdepodobnejšie, že dôjde k „rozpadu“proteínu, ktorý je ňou kódovaný. Aj keď táto mutácia môže pomôcť vyrovnať gén tak, aby vykonával inú funkciu, ukázalo sa, že je škodlivý a môže viesť k smrti organizmu. Avšak niekedy sa chromozómy v procese kopírovania podrobujú preusporiadaniu, v dôsledku čoho môže dôjsť k duplikácii (duplikácii) časti DNA. Takto sa objaví ďalšia kópia génu, ktorá sa môže podľa potreby meniť. Tieto dvojčatá gény sú vedľa seba a vytvárajú tandemové opakovanie.
Pemfigus pasca. Obrázok: Enrique Ibarra-Laclette, Claudia Anahí Pérez-Torres a Paulina Lozano-Sotomayor
Pravda, niekedy to nie je určitá oblasť, ktorá zdvojnásobuje, ale celý chromozóm alebo dokonca celý genóm. Takéto udalosti sa vyskytli viackrát počas vývoja eukaryotických organizmov (rastlín, zvierat a húb). Viacnásobný nárast počtu chromozómov v tele sa nazýva polyploidia. Pretože sa skopírujú všetky gény, zvyšuje sa množstvo produkovaných proteínových produktov. Zdalo by sa, čo sa deje so skutočnosťou, že je toho všetko? Jemne vyladené mechanizmy však pôsobia v bunkách, ktoré sú citlivé na množstvo špecifických proteínov. Ak je ich nadbytok, hrozí to poruchami, ktoré znižujú celkovú adaptabilitu a prežitie organizmu.
Prirodzený výber však podporuje odstránenie (vymazanie) nepotrebných kópií, ktoré nie sú užitočné. Navyše, ak sú v organizme dva gény, z ktorých jeden je užitočný za určitých podmienok prostredia a druhý za iných, vývoj pravdepodobne odstráni gén, ktorý nie je potrebný v danom biotopu.
Propagačné video:
Predchádzajúce štúdie ukázali, že pemfigus má vysoko dynamický genóm. Rastlina prešla najmenej dvoma duplikáciami celého genómu, pretože jej predkovia sa oddelili od línií, ktoré viedli k hroznu, paradajkám a iným druhom. Okrem toho sa U.gibba v dôsledku čistenia selekčného tlaku pomerne rýchlo zbaví duplikátov génov.
Vedci na Štátnej univerzite v New Yorku v Buffale, aby zistili, ktoré gény robia pemfigus predátorom, sekvenovali DNA U.gibba v reálnom čase pomocou jednoreťazcového sekvencovania v reálnom čase. Tento prístup, vyvinutý spoločnosťou Pacific Biosciences, je sledovať výkonnosť enzýmu DNA polymerázy. Táto molekula sa podieľa na syntéze reťazca DNA z iného vlákna. V tomto prípade sú nukleotidy vložené do vytvorenej kópie nukleovej kyseliny vybavené rôznymi fluorescenčnými značkami. Pomocou konfonálneho mikroskopu je možné rozlíšiť svetlo vyžarované vloženým nukleotidovým nukleotidom, a tak je možné určiť celú sekvenciu DNA.
Pemfigus pasca. Obrázok: Enrique Ibarra-Laclette a Claudia Anahí Pérez-Torres
Hlavnou výhodou tejto metódy oproti iným typom sekvenovania je schopnosť dešifrovať sekvenciu DNA dlhou niekoľko tisíc nukleotidov. To vedcom umožnilo zhromaždiť najkompletnejší a najpresnejší genóm pemfigu. Vedci potom zistili tandemové opakovania. Skutočnosť, že prežili napriek čistiacim tlakom prírodného výberu, naznačuje, že tieto gény dodávajú organizmu určitú evolučnú výhodu. Je dôležité, aby tieto gény mali viac kópií.
Na rozdiel od mechanizmov, ktoré sú citlivé na dávku proteínových produktov, existujú procesy, ktoré naopak postupujú rýchlejšie a lepšie, pretože sú podávané niekoľkými identickými génmi.
Vedci zistili, že medzi opakovaniami patrí DNA, ktorá je zodpovedná za syntézu proteínov, ako sú proteázy. Tieto enzýmy štiepia ďalšie proteíny a zjavne sa podieľajú na rozklade organickej hmoty, ktorá tvorí tkanivo obete. Okrem toho sa zistilo, že DNA sa podieľa na transporte peptidov z jednej rastlinnej bunky do druhej. Všetky tieto gény sú zvlášť aktívne v pasci močového mechúra, čo naznačuje dôležitú úlohu pri trávení koristi. Vedci tiež dokázali identifikovať gény spojené so zabezpečením požadovanej úrovne kyslosti vo vnútri bublín a pružnosti ich stien.
Prirodzene, čím viac tráviacich enzýmov a transportujúcich proteínov je, tým účinnejšie prebieha tráviaci proces. Proteíny, ktoré poskytujú elasticitu steny, sú tiež potrebné vo veľkých množstvách, pretože vo vnútri komôr sa vytvára silný podtlak.
Výsledky práce ukázali, že výskyt ďalších kópií génov hrá obrovskú úlohu pri špekulácii rastlín predátorov. Nepálci, rosy, muchy a pemfigy sa spravidla pestujú na miestach chudobných v mineráloch, aby preto prežili, musia účinne extrahovať organickú hmotu z uloveného hmyzu, ktorý je ťažké realizovať bez tandemových opakovaní.
Alexander Enikeev