根據(jù)Texas A&M AgriLife研究科學(xué)家的說法，很少有動(dòng)物和植物之間的天然DNA轉(zhuǎn)移記錄，但最近他的團(tuán)隊(duì)就是這么做的。德克薩斯州AgriLife研究森林基因組學(xué)助理教授Claudio Casola博士說，研究小組發(fā)現(xiàn)松樹，云杉和其他針葉樹中的一組DNA序列已經(jīng)被大約3.4億年前轉(zhuǎn)移到這些樹的祖先中。 A&M大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)與管理系在大學(xué)站。

“火炬松是美國(guó)東南部(包括德克薩斯州)的重要經(jīng)濟(jì)資源，”卡索拉說。“我們剛剛開始了解構(gòu)成這種松樹和其他針葉樹的非常大的基因組的不同部分。Casola博士生之一的Xuan Lin和美國(guó)農(nóng)業(yè)部林務(wù)局分子細(xì)胞遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人Nurul Faridi博士以及合作教員也是該團(tuán)隊(duì)的其他成員。

他們的作品“從節(jié)肢動(dòng)物到針葉樹的Penelope-like Retrolelements的古代跨國(guó)水平轉(zhuǎn)移”最近發(fā)表在“ 基因組生物學(xué)與進(jìn)化 ”雜志上。“我們稱這些針葉樹DNA序列'Dryads'是在居住在樹木中的希臘神話中的若蟲之后，”卡索拉說。“Dryads是眾多DNA序列中的一種，稱為DNA重復(fù)序列。”

他說DNA重復(fù)序列，也稱為轉(zhuǎn)座因子，特別擅長(zhǎng)制作自己的新副本。結(jié)果，他們最終在某些物種中形成了一半以上的基因組，包括針葉樹和其他植物。“我們從其他植物的研究中得知，轉(zhuǎn)座因子影響基因的活性和結(jié)構(gòu)，并最終在塑造某些特性方面發(fā)揮作用，從一些葡萄品種的顏色到一些西紅柿的橢圓形狀。”

他說，因?yàn)檗D(zhuǎn)座因子構(gòu)成了許多針葉樹的DNA，所以重要的是要更好地了解它們是什么以及它們?nèi)绾斡绊戓樔~樹基因和表型特征。“您可以將轉(zhuǎn)座因子視為'基因組寄生蟲'，”Casola解釋說。“它們擴(kuò)散到新的基因組中，就像人類之間傳播的病毒一樣。與流感和其他病毒性疾病不同，這些'基因組感染'很少發(fā)生，但一旦建立，它們可以持續(xù)數(shù)百萬年。”

他說，一些轉(zhuǎn)座因子和病毒之間的相似之處不僅是膚淺的。例如，逆轉(zhuǎn)錄病毒，包括HIV的病毒組，很久以前就是從轉(zhuǎn)座因子進(jìn)化而來的。

另一方面，Casola說，許多被稱為內(nèi)源性逆轉(zhuǎn)錄病毒或ERV的轉(zhuǎn)座因子代表了曾經(jīng)感染過靈長(zhǎng)類動(dòng)物和其他哺乳動(dòng)物的逆轉(zhuǎn)錄病毒的“DNA化石”。“我們自己的基因組中不少于8%是由ERV組成的，”他說。“逆轉(zhuǎn)錄病毒，ERV和其他DNA重復(fù)序列，如Penelope樣序列，共有一種獨(dú)特的方式來制作自己的新拷貝。”

他解釋說，在這個(gè)過程中，單個(gè)DNA重復(fù)序列作為模板制造許多稱為RNA的分子，然后將這些RNA轉(zhuǎn)化回與宿主基因組中縫合的DNA拷貝一樣多的DNA拷貝。

Casola說，因?yàn)閺腞NA產(chǎn)生新的DNA拷貝被稱為逆轉(zhuǎn)錄，通過這種機(jī)制擴(kuò)增的轉(zhuǎn)座因子被稱為逆轉(zhuǎn)錄元素。通過查看retrolelements的DNA中的一些特定特征，可以將它們分類為不同的家族和亞家族。“Dryads代表了一個(gè)針葉樹特定的亞科，屬于佩內(nèi)洛普式的復(fù)古元素，因此手稿的標(biāo)題，”卡索拉說。“在我們描述Dryads之前，佩內(nèi)洛普式的復(fù)古元素只在動(dòng)物身上才知道。

他說：“我們認(rèn)為Dryads可能源自佩內(nèi)洛普式的復(fù)古元素，這些復(fù)古元素早已以某種方式引入針葉樹基因組。” “為了證實(shí)這一點(diǎn)，我們計(jì)算分析了1,029種既不是動(dòng)物也不是針葉樹的物種的基因組序列。“這些其他物種中的一些似乎含有Penelope樣的逆轉(zhuǎn)錄物質(zhì);但是，在對(duì)這些DNA序列進(jìn)行徹底檢查后，我們得出結(jié)論認(rèn)為它們是由于動(dòng)物或針葉樹的DNA污染造成的。”

卡索拉表示，他們還進(jìn)行了許多其他分析，以確認(rèn)Dryads不是人工制品，并證明它們可能來自Penelope類昆蟲的復(fù)古元素。“使用的技術(shù)之一被稱為熒光原位雜交，或FISH，并允許可視化Dryad DNA序列在火炬松染色體上的位置，”Faridi說。

他說，其他實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)表明，在與針葉樹密切相關(guān)的植物中，例如蘇鐵和銀杏，不會(huì)出現(xiàn)Dryads。“這有助于我們確定在將針葉樹的祖先與其他植物分離以及已知大約3.4億年前發(fā)生的現(xiàn)代針葉樹群輻射之間的Dryads起源的時(shí)機(jī)，”Casola說。

他說，Dryads入侵針葉樹進(jìn)化的后果仍不明朗。Casola說，當(dāng)DNA重復(fù)像Dryads在基因組中擴(kuò)增時(shí)，它們可以改變?nèi)旧w的結(jié)構(gòu)并改變基因的活性，對(duì)生物體可能產(chǎn)生負(fù)面影響。

他說，大多數(shù)物種已經(jīng)進(jìn)化出了減緩DNA重復(fù)擴(kuò)增的遺傳機(jī)制，但是當(dāng)它們跳入新的宿主基因組時(shí)，這些防御機(jī)制尚未到位，并且隨后出現(xiàn)了新的擴(kuò)增循環(huán)。

Casola表示，同樣可能發(fā)生在Dryads，它在過去的3.4億年中產(chǎn)生了數(shù)十萬份新拷貝，但現(xiàn)在似乎活動(dòng)相對(duì)較少，至少在火炬松中。

“我們認(rèn)為，Dryads顯著改變了祖先針葉樹的基因組景觀，并可能仍然在這些樹的DNA中引入了重要的變化，”他說。

“我們研究的下一步將是了解針葉樹染色體，尤其是基因，如果它們侵入這些植物后會(huì)受到Dryads擴(kuò)增的影響，”Casola說。

“此外，我們想知道Dryads和其他DNA重復(fù)序列是否表現(xiàn)出與特性差異相關(guān)的火炬松樹之間的差異，例如耐旱性和抗蟲性。這兩個(gè)方面都將成為我們實(shí)驗(yàn)室未來研究的重點(diǎn)。”