Fezes de gândaci, posibil motor al evoluției drojdiei timp de milioane de ani
Cercetătorii de la Universitatea din Buffalo au găsit dovezi că diferite specii de drojdie au făcut schimb de gene obținute inițial de la un virus străvechi, iar intestinul și excrementele gândacilor ar fi putut facilita acest schimb. Studiul, publicat în Molecular Biology and Evolution, arată că materialul genetic viral a evoluat într-un grup de patru gene înrudite la drojdiile din genul Scheffersomyces. Grupul s-a deplasat între specii de cel puțin trei ori.
Aceste drojdii, cunoscute pentru potențialul lor în cercetarea biocarburanților, trăiesc pe lemn în descompunere și în intestinul gândacilor și al altor insecte care consumă lemn, unde își ajută gazdele să digere materialul lemnos. Cercetătorii suspectează că insectele ar fi putut aduce împreună diferite specii de drojdie în tractul digestiv și în excremente, creând oportunități pentru schimb genetic.
„Este o enigmă evolutivă, iar insectele care consumă lemn au avut mijloacele și ocazia”, spune autorul corespondent Derek Taylor, profesor de științe biologice la Colegiul de Arte și Științe al universității. Grupul de gene a fost numit STORM (Scheffersomyces Totivirus-like ORF Repeat Module).
Virusul străvechi care a infectat drojdia este înrudit cu totivirusurile moderne, virusuri ARN non-retrovirale. Spre deosebire de retrovirusuri precum HIV, acestea nu au mecanismul de a-și converti ARN-ul în ADN și de a-l insera singure în genomul gazdei. Cercetătorii cred că ARN-ul viral a fost copiat cumva în ADN și încorporat în genomul drojdiei.
„Din cunoștințele noastre, este primul exemplu documentat de transfer orizontal al unui grup de gene duplicate provenite dintr-un virus ARN străvechi”, spune Taylor. Echipa descoperise aceste gene neobișnuite în 2009 și a propus atunci că astfel de gene ar putea migra între specii.
Grupul STORM s-a păstrat în genomurile drojdiilor timp de cel puțin 15 milioane de ani, dar genele sale au evoluat cu o viteză neașteptat de mare: de aproximativ șapte ori mai rapid decât omoloagele lor din virusurile înrudite. „Aceste gene au avut o viață evolutivă de apoi extraordinară”, spune coautorul Dominic Tringali, student la masterat în laboratorul lui Taylor. „La mult timp după ce virusul original a dispărut, genele sale au continuat să evolueze, să se multiplice și să se răspândească între speciile de drojdie.”
Istoriile evolutive ale genelor STORM nu corespund cu cele ale speciilor de drojdie care le poartă, ceea ce sugerează că genele au migrat între specii, nu au fost pur și simplu moștenite de la strămoși comuni. Cel puțin un transfer pare să fi avut loc prin intermediul unui transposon, un segment de ADN capabil să se miște în interiorul genomurilor și, uneori, între specii. „Deoarece STORM și o genă săltăreață vecină arată aceeași istorie evolutivă neobișnuită, bănuim că transposonul ar fi putut purta STORM între speciile de drojdie ca bagaj suplimentar”, explică Tringali.
Insectele care consumă lemn ar fi putut permite acest salt. Drojdiile Scheffersomyces trăiesc adesea ca simbionți în intestinul lor, unde pot coexista mai multe specii. Mai multe specii pot apărea împreună și în excrementele de termite și în lemnul mestecat adunat lângă lemnul în descompunere. „Pentru a schimba material genomic, trebuie să fii în același loc în același timp”, spune Taylor.
O altă descoperire neobișnuită este că cele patru gene, deși au o origine virală comună, au urmat căi evolutive diferite. Unele au păstrat mai mult din structurile proteice ancestrale, asemănătoare celor virale, în timp ce altele s-au schimbat considerabil. Toate cele patru gene sunt transcrise în ARN și există dovezi că cel puțin una produce o proteină. Aceste indicii sugerează că STORM ar putea aduce un beneficiu drojdiei, dar funcția exactă rămâne un mister.
Taylor bănuiește că genele ar putea ajuta drojdia să facă față stresului. „Totivirusurile sunt un fel de prieten-dușman pentru drojdie. În anumite condiții, ajută gazda să facă față stresului fiziologic”, spune el. „Așa că ar putea fi util pentru o drojdie să păstreze beneficiile unui virus fără să se îngrijoreze că trebuie să controleze virusul.” Cercetătorii speră să cultive drojdii în diferite condiții de stres pentru a vedea dacă genele STORM reacționează diferit și pentru a descoperi ce rol au acum în gazdele lor.
