研究表明病毒样转座子跨越物种屏障
(AlejandroBurga)实验室的研究人员鉴定出蠕虫体内的水平基因转移(HGT)载体。这项发表在《科学》杂志上的研究结果可能会导致在真核生物中发现更多HGT载体，并可能在病原体控制中得到应用。
生活在北极和南极海洋的鱼类已经进化出巧妙的策略来防止它们的血液和组织在恶劣的极地水域中冻结。其中一种适应性策略是产生抗冻蛋白的基因的进化。然而，十多年前，科学家们惊讶地发现鲱鱼和胡瓜鱼这两个完全不同的物种在它们的基因组中编码了完全相同的抗冻蛋白，这表明它们之间存在基因转移。
诸如此类的例子提出了一个问题：基因如何在完全不同的物种之间“跳跃”?这种罕见的现象被称为HGT，长期以来一直困扰着进化生物学家。尽管多年来在生命的各个分支中都发现了HGT的新实例，但造成这些转移的机制在很大程度上仍然未知。
现在，来自IMBA的AlejandroBurga小组的科学家们不仅在动物王国中亲眼目睹了HGT事件，而且还确定了其长期寻找的载体之一。通过基因侦探工作，布尔加和他的团队展示了两种生殖隔离蠕虫物种之间的HGT事件，这两种蠕虫物种之间的基因差异就像人类与鱼类之间的差异一样。更重要的是，他们可以确定导致这种情况的原因：一个名为Mavericks的类病毒转座子家族。
找出罪魁祸首：小牛队是HGT的载体
“Mavericks已经被认为是一类转座子，但我们的工作首次将它们与HGT联系起来，”该研究的通讯作者、IMBA小组负责人AlejandroBurga说。“我们知道HGT确实发生在动物物种之间，但我们不知道是如何发生的。这是我们第一次能够明确地确定罪魁祸首，”共同第一作者、布尔加实验室的博士后研究员索尼娅·维登(SonyaWiden)补充道。
当Mavericks在2000年代中期被发现时，它们最初被认为是大型转座子，是一种自私的遗传元件，它们以牺牲宿主为代价在基因组中跳跃和自我繁殖。特立独行者很快就在包括人类在内的大多数真核生物分支中被发现，从而确定它们起源于很久以前。
转座子和病毒，大自然的熔炉?
很快，证据表明Mavericks含有编码病毒元件(例如衣壳和DNA聚合酶)的基因。“转座子和病毒的进化是紧密相连的，”布尔加说。然而，衣壳和DNA聚合酶不足以让转座子从宿主基因组中跳出并感染完全不同宿主的细胞。
现在，IMBA研究人员发现了缺失的环节：蠕虫基因组中的特立独行者获得了一种所谓的融合蛋白，一种介导不同细胞之间膜融合的跨膜蛋白。通过获得融合剂，作者假设蠕虫Mavericks能够形成类似病毒的颗粒，这些颗粒可以与另一种生物体的细胞膜融合并感染它们。
Widen说：“据我们所知，之前没有在Mavericks中报道过融合剂。因此，我们认为蠕虫Mavericks可能是从病毒中获取了它们的序列。”“转座子和病毒可以被认为是大自然的熔炉。它们的结合可以产生不可预测的影响，并导致基因组创新，”布尔加说。
证明HGT对蠕虫的重要性
在这项研究中，由AlejandroBurga和共同第一作者SonyaWiden以及Burga实验室前硕士生IsraelCampoBes领导的IMBA团队，正如Widen所说，“完全是偶然”遇到了HGT。事实上，该团队正在研究线虫Caenorhabditisbriggsae中自私元素的进化起源。通过一些侦探工作，他们能够将这个自私基因的序列追溯到另一种线虫，C.plicata，它携带着几乎相同的拷贝。
这一发现令人惊讶，因为C.briggsae和C.plicata是两个生殖隔离的物种。CampoBes说：“它们的基因组与人类和鱼类的基因组一样有差异，但它们都具有几乎相同的基因，清楚地显示了进化上最近的HGT事件的特征。”
“通过仔细观察C.plicata的基因组，我们发现在C.briggsae中产生自私基因的祖先序列被嵌入到C.plicata的Maverick体内。事实上，这个新引入的基因随后进化为C.briggsae中的新型自私基因证明了HGT对基因组进化的影响，”Widen解释道。IMBA团队接着表明，Mavericks负责数十起属于不同属的蠕虫物种之间的独立HGT转移事件，这些事件遍布全球。
农业和医学相关性
IMBA科学家认为，转座子和病毒之间的结合是介导HGT的关键因素。虽然仍然难以相信他们的成功，但他们认识到他们的发现可能对揭开HGT之谜产生影响。“当我们第一次在实验室看到这些结果时，我确信我们正在研究一个HGT病例，但我也确信我们永远不会知道它是如何发生的。然而，星星是一致的，”布尔加说，他也预测Mavericks和类似病毒样转座元件可以介导脊椎动物和其他真核生物中的HGT。
最后，该团队预见了其在实验室和作为针对寄生虫物种的害虫控制措施的可能应用。“如果Maverick介导的HGT被证明广泛适用于任何线虫物种，它就有可能成为一种宝贵的资源。除了严格的实验室和研究应用(例如非模式线虫的基因操作)之外，这样的资源可以让我们未来，对可能具有农业或医学意义的寄生线虫物种进行基因改造，”布尔加总结道。