|
Генетики из Франции и Швейцарии сообщили в последнем номере журнала Science, что им удалось разгадать загадку поли-ДНК-вирусов и доказать их происхождение от настоящего вируса, который некогда встроился в геном наездника и подвергся «одомашниванию» (о молекулярном одомашнивании см. в заметке: Растения заимствуют гены у «геномных паразитов», «Элементы», 26.11.2007).
Существует две группы PDV, приуроченные к двум семействам наездников: браконидам (браковирусы) и ихневмонидам (ихновирусы). Главным объектом исследования стал PDV из первой группы, синтезируемый наездником Cotesia congregata (Cotesia congregata bracovirus, CcBV), а также два других вида наездников, производящих PDV.
«Геном» CcBV, то есть тот генетический материал, который находится в вирусоподобной частице, состоит из 30 кольцевых двухцепочечных ДНК общей длиной 560 000 пар нуклеотидов (что сравнимо с самыми маленькими бактериальными геномами). Эти молекулы ДНК кодируют белки-иммуносупрессоры, совершенно не похожие на белки известных вирусов. Кольцевые «хромосомы» CcBV изготавливаются из копий фрагментов геномной ДНК наездника.
Гены, необходимые для образования CcBV, в том числе гены белков оболочки этого псевдовируса, отсутствуют в его «геноме». Это, однако, еще не доказывает, что CcBV и другие поли-ДНК-вирусы не являются потомками настоящих вирусов. Чтобы выяснить происхождение PDV, нужно было найти гены, управляющие созданием вирусных частиц. Ясно, что эти гены должны присутствовать в геноме наездника. Если окажется, что эти гены схожи с генами настоящих вирусов, это будет означать, что когда-то в геном наездника встроился вирус, который затем подвергся «одомашниванию». Вирусные гены впоследствии перестали включаться в состав вирусной частицы, но по-прежнему управляют ее формированием.
Поэтому первая задача, которую поставили перед собой исследователи, состояла в том, чтобы выяснить, есть ли в геноме наездника гены вирусного происхождения, которые могут обеспечить создание вирусных частиц. Причем эти гены должны работать (экспрессироваться) исключительно в яичниках, потому что известно, что ни в каких других органах наездника PDV не образуются.
Чтобы понять, какие гены работают в том или ином органе, из него выделяют матричные РНК (мРНК) — первичный продукт активности генов. Анализ мРНК, выделенных из яичников наездников-браконид, позволил выявить 22 активных гена вирусного происхождения, очень похожих на гены нудивирусов — сравнительно малоизученной группы вирусов насекомых.
Но может быть, исследованные наездники просто были заражены каким-то нудивирусом, и это его мРНК обнаружились в яичниках? Чтобы исключить эту возможность, исследователям пришлось отсеквенировать несколько больших фрагментов геномной ДНК наездника. В этих фрагментах обнаружилось 10 встроенных нудивирусных генов, причем пять из них образуют единый кластер (расположены вплотную друг к другу), а остальные разбросаны по геному.
Дальнейшие исследования показали, что экспрессия нудивирусных генов, встроенных в геном наездника, активизируется у самок на стадии куколки, то есть как раз тогда, когда происходит формирование вирусных частиц PDV. Гены работают не во всём яичнике, а только в стенках фолликулов — именно там, где формируются PDV.
Чтобы исключить последние сомнения, авторы исследовали непосредственно сами белки, входящие в состав оболочек PDV (это технически намного сложнее, чем определять последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК). Оказалось, что как минимум шесть из этих белков являются продуктами нудивирусных генов, встроенных в геном наездников-браконид.
Полученные результаты убедительно показали, что поли-ДНК-вирусы браконид являются потомками настоящих вирусов из группы нудивирусов, которые когда-то встроились в геном этих наездников. Вирусы подверглись «одомашниванию», их гены рассеялись по геному наездников и перестали включаться в вирусные частицы, но по-прежнему продолжают работать, обеспечивая сборку этих частиц, которые наполняются теперь совсем другой генетической «начинкой».
Чтобы более детально воссоздать историю этого удивительного симбиоза насекомых и вирусов, авторы предприняли целенаправленный поиск двух наиболее консервативных (мало меняющихся в ходе эволюции) нудивирусных генов в геномах многих разных наездников-браконид, имеющих PDV. Эти наездники образуют монофилетическую (происходящую от одного предка) группу (ее называют «микрогастроидным комплексом») в пределах семейства браконид. К микрогастроидному комплексу относится свыше 17 000 видов наездников. Искомые гены обнаружились у всех исследованных представителей микрогастроидного комплекса.
Авторы пришли к выводу, что около 100 млн лет назад (в середине мелового периода, когда происходила быстрая сопряженная диверсификация цветковых растений и насекомых) в геном наездника — предка микрогастроидного комплекса — встроился нудивирус, который вскоре был одомашнен и стал помогать наездникам справляться с иммунной системой гусениц. Симбиоз с вирусом оказался настолько выгодным, что потомки этого наездника необычайно размножились и дали начало 17 тысячам современных видов.
Уже на самых ранних этапах эволюции симбиотического комплекса «начинка» вирусных частиц была заменена: теперь вместо вирусных генов в них стали упаковываться гены наездника. Любопытно, что в ходе дальнейшей эволюции микрогастроидного комплекса гены «начинки», отвечающие за обезвреживание защитных систем гусеницы, менялись гораздо быстрее, чем «одомашненные» нудивирусные гены, отвечающие за сборку вирусной частицы.
Что же касается ихневмонид — другой группы наездников, применяющих PDV для борьбы с иммунной системой своих жертв, — то в их геноме нудивирусных генов обнаружить не удалось. Авторы предполагают, что ихневмониды вступили в симбиоз с каким-то другим вирусом, относящимся к пока еще не открытой группе вирусов. Есть все основания полагать, что науке пока известна лишь небольшая часть реального разнообразия вирусов насекомых.
Исследование еще раз показало, что симбиоз — в том числе симбиоз животных с вирусами — является одним из важнейших путей формирования эволюционных новшеств. Область приложимости теории симбиогенеза продолжает расширяться.
