Mechanismus des erfolgreichen horizontalen Gentransfers zwischen divergenten Organismen erklärt

Sind alte Filme wirklich langsamer? Die Analyse einer Studie. (Juli 2019).

Anonim

Die Übertragung von Genen von einem Organismus auf einen anderen ist möglicherweise ein schneller Weg für die Evolution und für das Entstehen komplizierter neuer Funktionen. Selbst wenn die beiden in Frage kommenden Organismen nahe beieinander sind, wie in einer symbiotischen oder parasitären Beziehung, ist der Transfer von genetischem Material und seine Einführung in ein neues Genom nur der erste Schritt für einen erfolgreichen horizontalen Gentransfer. Es ist auch notwendig, dass das Gen in einer Weise exprimiert wird, die dem neuen Wirt zugutekommt und sicherstellt, dass es über die Generationen weitergegeben wird.

In einer neuen Entdeckung, die unser Verständnis des Gentransfers erweitert, hat ein Forschungsteam an der Universität von Tsukuba ein Gen in marinen Invertebraten untersucht, die Ascidians genannt werden und ursprünglich aus einem gewöhnlichen Bakterium stammen. Das Team hat den wahrscheinlichen Mechanismus aufgedeckt, mit dem dieses Gen in funktionell wichtiger und gewebespezifischer Weise exprimiert wurde.

Das Team konzentrierte sich auf Meeresfilter-Dosierer namens Ascidiane und deren Cellulosesynthasegen. Dieses Gen kodiert ein Protein, das zur Bildung einer äußeren Schutzschicht beiträgt, deren Verlust zu einem Mangel an Zellulose führt und negative Auswirkungen auf diese Organismen hat. Dieses Gen wird spezifisch in der schützenden äußeren Schicht von Zellen exprimiert, die als Epidermis bezeichnet wird, von der angenommen wurde, dass sie der Schlüssel zu ihrer beschichtungsbezogenen Funktion ist.

"Wir haben gezeigt, dass eine Region, die an das Cellulosesynthase-Gen angrenzt, für seine spezifische epidermale Expression verantwortlich ist", sagt Co-Autor Yosuke Ogura. "Die Sequenzanalyse zeigte, dass diese Region eine Bindungsstelle eines Transkriptionsfaktors namens AP-2 enthält und, als wir Mutationen in dieser Bindungsstelle induzierten, verschwand die Expression von Cellulosesynthase in der Epidermis-Epidermis."

Obwohl alle DNA-Sequenzen aus den vier Buchstaben oder Basen von A, C, G und T bestehen, unterscheiden sich ihre Anteile in Abhängigkeit vom Organismus. Zum Beispiel besteht in Actinobakterien über 70% der DNA aus Gs und Cs, während das Genom von Ascidians eine Fülle von As und Ts aufweist. Die AP-2-Bindungsstelle in Ascidians ist tatsächlich GC-reich, was nahe legt, dass sie von einer anderen Spezies stammt. Es stellt sich heraus, dass dieser GC-Bias der Schlüssel zu seiner funktionalen Integration gewesen sein könnte.

"AP-2 bindet inhärent an GC-reiche Regionen, daher war es bereits vorbereitet, mit der bakteriellen GC-reichen DNA zu interagieren, sobald sie in das Ascidien-Genom integriert wurde", sagt der Erstautor Yasunori Sasakura. "Die GC-Spezifität und epidermale Expression von AP-2 führte dazu, dass das eingeführte Cellulosesynthase-Gen sofort in seiner neuen Umgebung in einer vorteilhaften Weise exprimiert werden konnte."

Diese Befunde liefern interessante Einblicke in eine Art und Weise, in der die Bedingungen in dem neuen Wirt die Expression eines neu übertragenen Gens und dessen Integration in die Funktionen des Wirts erleichtern können, wodurch die Unwahrscheinlichkeit verringert wird, dass ein zufällig eingefügtes Fremdgen tatsächlich nützlich sein könnte.

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