科学家记录了动物和植物之间罕见的DNA转移

根据Texas A&M AgriLife研究科学家的说法，很少有动物和植物之间的天然DNA转移记录，但最近他的团队就是这么做的。德克萨斯州AgriLife研究森林基因组学助理教授Claudio Casola博士说，研究小组发现松树，云杉和其他针叶树中的一组DNA序列已经被大约3.4亿年前转移到这些树的祖先中。 A&M大学生态系统科学与管理系在大学站。

“火炬松是美国东南部(包括德克萨斯州)的重要经济资源，”卡索拉说。“我们刚刚开始了解构成这种松树和其他针叶树的非常大的基因组的不同部分。Casola博士生之一的Xuan Lin和美国农业部林务局分子细胞遗传学实验室的负责人Nurul Faridi博士以及合作教员也是该团队的其他成员。

他们的作品“从节肢动物到针叶树的Penelope-like Retrolelements的古代跨国水平转移”最近发表在“ 基因组生物学与进化 ”杂志上。“我们称这些针叶树DNA序列'Dryads'是在居住在树木中的希腊神话中的若虫之后，”卡索拉说。“Dryads是众多DNA序列中的一种，称为DNA重复序列。”

他说DNA重复序列，也称为转座因子，特别擅长制作自己的新副本。结果，他们最终在某些物种中形成了一半以上的基因组，包括针叶树和其他植物。“我们从其他植物的研究中得知，转座因子影响基因的活性和结构，并最终在塑造某些特性方面发挥作用，从一些葡萄品种的颜色到一些西红柿的椭圆形状。”

他说，因为转座因子构成了许多针叶树的DNA，所以重要的是要更好地了解它们是什么以及它们如何影响针叶树基因和表型特征。“您可以将转座因子视为'基因组寄生虫'，”Casola解释说。“它们扩散到新的基因组中，就像人类之间传播的病毒一样。与流感和其他病毒性疾病不同，这些'基因组感染'很少发生，但一旦建立，它们可以持续数百万年。”

他说，一些转座因子和病毒之间的相似之处不仅是肤浅的。例如，逆转录病毒，包括HIV的病毒组，很久以前就是从转座因子进化而来的。

另一方面，Casola说，许多被称为内源性逆转录病毒或ERV的转座因子代表了曾经感染过灵长类动物和其他哺乳动物的逆转录病毒的“DNA化石”。“我们自己的基因组中不少于8%是由ERV组成的，”他说。“逆转录病毒，ERV和其他DNA重复序列，如Penelope样序列，共有一种独特的方式来制作自己的新拷贝。”

他解释说，在这个过程中，单个DNA重复序列作为模板制造许多称为RNA的分子，然后将这些RNA转化回与宿主基因组中缝合的DNA拷贝一样多的DNA拷贝。

Casola说，因为从RNA产生新的DNA拷贝被称为逆转录，通过这种机制扩增的转座因子被称为逆转录元素。通过查看retrolelements的DNA中的一些特定特征，可以将它们分类为不同的家族和亚家族。“Dryads代表了一个针叶树特定的亚科，属于佩内洛普式的复古元素，因此手稿的标题，”卡索拉说。“在我们描述Dryads之前，佩内洛普式的复古元素只在动物身上才知道。

他说：“我们认为Dryads可能源自佩内洛普式的复古元素，这些复古元素早已以某种方式引入针叶树基因组。” “为了证实这一点，我们计算分析了1,029种既不是动物也不是针叶树的物种的基因组序列。“这些其他物种中的一些似乎含有Penelope样的逆转录物质;但是，在对这些DNA序列进行彻底检查后，我们得出结论认为它们是由于动物或针叶树的DNA污染造成的。”

卡索拉表示，他们还进行了许多其他分析，以确认Dryads不是人工制品，并证明它们可能来自Penelope类昆虫的复古元素。“使用的技术之一被称为荧光原位杂交，或FISH，并允许可视化Dryad DNA序列在火炬松染色体上的位置，”Faridi说。

他说，其他实验室实验表明，在与针叶树密切相关的植物中，例如苏铁和银杏，不会出现Dryads。“这有助于我们确定在将针叶树的祖先与其他植物分离以及已知大约3.4亿年前发生的现代针叶树群辐射之间的Dryads起源的时机，”Casola说。

他说，Dryads入侵针叶树进化的后果仍不明朗。Casola说，当DNA重复像Dryads在基因组中扩增时，它们可以改变染色体的结构并改变基因的活性，对生物体可能产生负面影响。

他说，大多数物种已经进化出了减缓DNA重复扩增的遗传机制，但是当它们跳入新的宿主基因组时，这些防御机制尚未到位，并且随后出现了新的扩增循环。

Casola表示，同样可能发生在Dryads，它在过去的3.4亿年中产生了数十万份新拷贝，但现在似乎活动相对较少，至少在火炬松中。

“我们认为，Dryads显着改变了祖先针叶树的基因组景观，并可能仍然在这些树的DNA中引入了重要的变化，”他说。

“我们研究的下一步将是了解针叶树染色体，尤其是基因，如果它们侵入这些植物后会受到Dryads扩增的影响，”Casola说。

“此外，我们想知道Dryads和其他DNA重复序列是否表现出与特性差异相关的火炬松树之间的差异，例如耐旱性和抗虫性。这两个方面都将成为我们实验室未来研究的重点。”