• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Transfer genów stymuluje ewolucję roślin

    22.03.2012. 15:49
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy z Francji, USA i Wlk. Brytanii rzucili nowe światło na sposób, w jaki następuje wymiana genów między roślinami, stymulująca ich ewolucyjny rozwój. Odkrycia, zaprezentowane w czasopiśmie Current Biology, wskazują że enzymy kluczowe dla fotosyntezy są współdzielone przez rośliny spokrewnione jedynie przez dalekich przodków, a cykl metaboliczny rośliny biorcy pochłonął geny, przyczyniając się do adaptacji. Badania zostały dofinansowane w części z grantu Marie Curie z budżetu Siódmego Programu Ramowego (7PR) UE.

    Większość naukowców jest przekonana, że przekazywanie genów z rodziców na potomstwo, niezależnie od tego czy są to zwierzęta czy rośliny, przyczynia się do ich ewolucji. Wiadomo, że zmiany genetyczne ujawniają się poprzez ten proces. Aczkolwiek w toku najnowszych badań, naukowcy z Uniwersytetu Browna w USA, Laboratoire Evolution et Diversité Biologique we Francji, Uniwersytetu w Liverpoolu i Uniwersytetu w Sheffield w Wlk. Brytanii zidentyfikowali sposób, w jaki geny przechodzą z jednej rośliny do drugiej między gatunkami, które są spokrewnione jedynie przez dalekich przodków.

    Naukowcy zaobserwowali, że zgrupowanie traw przenosiło geny wiele razy w ciągu milionów lat, a transferowane geny odegrały kluczową rolę w mechanizmie fotosyntetycznym roślin. Widać to w szczególności na przykładzie roślin C4, występujących w gorących i tropikalnych klimatach. Rośliny te stanowią również 20% pokrywy roślinnej naszej planety.

    "Wedle naszej wiedzy to pierwszy przypadek, kiedy geny jądrowe będące przedmiotem transferu między roślinami wbudowały się w główny metabolizm i przyczyniły się do ewolucji nowej cechy, w tym przypadku fotosyntezy C4" - wyjaśnia dr Pascal-Antoine Christin z Wydziału Ekologii i Biologii Ewolucyjnej Uniwersytet Browna.

    Naukowcy przeanalizowali rodowód dwóch genów kodujących enzymy, które stanowią integralną część fotosyntezy C4: karboksylazę fosfoenolopirogronianową (ppc) i karboksykinazę fosfoenolopirogronianową (pck). Zbadali również historyczną obecność i funkcję enzymów w Alloteropsis, pospolitej i najczęściej badanej trawie.

    Zespół najpierw poddał analizie geny blisko spokrewnionych gatunków, trzech roślin C4 (Alloteropsis angusta, Alloteropsis cimicina i Alloteropsis semialata) i jednej rośliny C3 (Alloteropsis eckloniana). Celem naukowców było zyskanie wiedzy o ewolucyjnej historii genów ppc i pck, występujących u wspólnego przodka C3, które, jak uznano, zostały zaadoptowane, aby stymulować fotosyntezę u roślin potomnych C4.

    "Ludzie zastanawiali się nad sposobem ewoluowania tych genów" - stwierdził dr Christin. "Ogólne założenie było takie, że przodek posiadał te geny, ale nie brały one udziału w fotosyntezie, a przez uległy później modyfikacji, aby stać się czynnikami fotosyntezy C4."

    Naukowcy zbadali rośliny C4, których enzym ppc był potrzebny do syntezy oraz rośliny, których enzym był obecny, ale nie miał żadnego wpływu na fotosyntezę. Badacze postawili hipotezę, że zważywszy na wspólne pochodzenie, enzymy ppc wykorzystywane w fotosyntezie C4 są blisko spokrewnione z genami, które nie są fotosyntetyczne, blisko spokrewnionych roślin C3. Odkryli natomiast, że geny ppc biorące udział w fotosyntezie C4 są blisko spokrewnione z genami ppc innych gatunków C4, które nie są blisko spokrewnione ani filogenetycznie ani poprzez drzewo genealogiczne. Zespół odkrył również, że rośliny współdzielące enzymy fotosyntetyczne ppc rozdzieliły się aż 20 mln lat temu. Zatem mimo różnic wśród przodków, naukowcy rozpoznali wymianę genów.

    "Dawno już poznaliśmy sposób, w jaki ewolucyjne adaptacje przechodziły z rodziców na potomstwo" - stwierdził dr Colin Osborne z Uniwersytetu w Sheffield, współautor artykułu. "Teraz odkryliśmy, że w przypadku roślin, mogą być one przenoszone między dalekimi kuzynami bez bezpośredniego kontaktu między gatunkami."

    Profesor Erika Edwards z Uniwersytetu Browna dodaje: "Fascynujące jest to, że te geny przenoszą się z rośliny na rośliny w sposób, jakiego dotychczas nie zaobserwowaliśmy. Między tymi roślinami nie ma relacji żywiciel - pasożyt, która zwykle ma miejsce, kiedy obserwujemy tego typu przepływ genów."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Poziomy transfer genów, horyzontalny transfer genów (HTG), lateralny transfer genów (LTG) - zjawisko przechodzenie genów między organizmami różnych gatunków, najczęściej pozostającymi ze sobą w ścisłej relacji ekologicznej. Zjawisko jest odpowiedzialne za istnienie 10-20% genów w komórkach prokariotycznych i takie krytyczne dla ewolucji cechy jak oporność na antybiotyki, wirulencja, zdolność przeprowadzania fotosyntezy oraz asymilacji azotu atmosferycznego. W komórkach eukariotycznych proces zachodzi rzadziej, jednak prawdopodobnie był powszechny w początkowym etapie ewolucji eukariontów. Geny, będące wynikiem HGT, w tej domenie stanowią poniżej 1%. Geny plejotropowe (geny polifeniczne) – geny odpowiadające za ujawnienie się co najmniej dwóch różnych, pozornie nie powiązanych ze sobą, cech organizmu. Efekt działania genów plejotropowych określa jako plejotropię. Epistaza – w biologii zjawisko oddziaływania produktów ekspresji jednych genów na inne geny niebędące względem nich allelami. Kilka różnych par alleli warunkuje wówczas pojedynczą cechę. Dzieje się tak w przypadku albinizmu czyli gdy geny warunkują enzymy należące do jednego szlaku metabolicznego.

    Chloroza – objaw chorobowy roślin polegający na tworzeniu się i zaniku chlorofilu, przy którym następuje rozpad chloroplastów. Chore rośliny stopniowo żółkną. Przyczyny chlorozy są różne. Wyróżniamy przy tym brak związków żelaza, magnezu, azotu lub innych składników pokarmowych, a także nadmiar wapnia w glebie oraz akumulację nadmiaru fosforanów w roślinie. Roślina cierpiąca na chlorozę nie może przeprowadzać fotosyntezy. Podobne objawy dają infekcje wirusowe. Częściowa chloroza roślin ozdobnych jest uwarunkowana genetycznie. Zmutowane geny znajdują się w chloroplastach roślin i są dziedziczone zgodnie z prawami Mendla. Geny homeotyczne, geny homeoboksowe (ang. homeobox genes, z gr. ηομεος = podobny) – grupa genów kontrolujących rozwój morfologiczny poszczególnych części ciała w początkowych stadiach rozwoju zarodkowego, zarówno u bezkręgowców jak i kręgowców. Mutacje w obrębie tych genów zazwyczaj nie wpływają negatywnie na układ segmentów ciała, ale prowadzą do stanu określanego mianem homeosis, w którym określony segment zostaje zastąpiony przez inny. Wynika to z tego, że w przypadku takiej mutacji niektóre komórki otrzymały w czasie rozwoju zarodka błędną informację pozycyjną i dlatego zachowują się w niewłaściwy dla siebie sposób. Geny homeotyczne niższych bezkręgowców oznacza się HOM, u wtóroustych – Hox, a u człowieka – HOX.

    Geny R, geny odporności – grupa genów obecnych w genomie roślin odpowiedzialnych za przekazywanie dziedzicznej odporności na patogeny. Każdy z genów R zapewnia roślinom całkowitą odporność na konkretny patotyp patogenu. Produkt genu R wchodzi w reakcję pośrednią lub bezpośrednią z produktem genu awirulencji (gen avr) obecnego w genomie organizmu atakującego rośliny. Ten mechanizm obronny określany jest jako odporność "gen na gen". Efektem reakcji między produktem genu R a produktem genu avr jest reakcja nadwrażliwości, obumarcie zainfekowanego fragmentu tkanek i uniemożliwienie patogenowi dalszego rozprzestrzeniania. Myko-heterotrofy (skrót MHP od ang. myco-heterotrophic plants), dawniej rośliny saprofityczne – rośliny, które część lub wszystkie substancje pokarmowe pobierają z grzybów, na których pasożytują. Rośliny te zwykle nie przeprowadzają fotosyntezy i nie mają barwników fotosyntetycznych.

    Klaster – określenie dla grupy blisko leżących genów, które kodują blisko spokrewnione białka. Jeżeli klaster genów jest kontrolowany przez operator to wówczas mówimy o operonie. Nazwa została wprowadzona przez M. Demereca i P. Hartmana w 1959 roku. Geny kodujące białka mechanizmów naprawy DNA człowieka: DNA komórki jest stale narażone na czynniki uszkadzające. Sprawnie działające mechanizmy naprawy DNA funkcjonują w komórkach organizmów zarówno prokariotycznych jak i eukariotycznych. Badania genomu ludzkiego pozwoliły zidentyfikować szereg genów kodujących białka biorące udział w różnorodnych mechanizmach naprawy DNA. Poznano dotąd ponad 130 genów o takiej, udowodnionej lub prawdopodobnej, funkcji. Nowe geny naprawy DNA są ciągle odkrywane dzięki badaniom porównawczym sekwencji genów człowieka i homologów tych genów u organizmów modelowych, takich jak E. coli i S. cerevisiae. Badania te mają znaczenie dla medycyny, ponieważ do tej pory zidentyfikowano już kilkanaście chorób, w których patogenezie mają udział niesprawne mechanizmy naprawy DNA.

    Geny dopełniające – geny współdziałające z innymi genami w wykształceniu danej cechy. Gen dominujący jednej pary genowej nie ujawni swojej cechy, jeżeli w genomie nie wystąpi również gen dominujący z drugiej pary.

    Dodano: 22.03.2012. 15:49  


    Najnowsze