Теломеры — это структуры на кончиках хромосом, защищающие их от разрушения. Новая статья посвящена теломерам насекомых: рассмотрев геномы более 200 видов, авторы узнали о неожиданном разнообразии этих структур. Ученые также обнаружили в теломерах многих насекомых ретротранспозоны, то есть копирующие себя «прыгающие гены».
Плодовая мушка Drosophila melanogaster / © wikimedia
Большинство живых существ — животные, растения, грибы и так далее — хранят свою ДНК в виде множества хромосом со свободными концами. Единственное исключение — бактерии с их небольшими кольцевыми геномами.
Однако с концами хромосом неизбежно возникают проблемы. Дело в том, что при репликации (копировании) ДНК небольшой ее участок с одного края всегда теряется. Поскольку многие клетки постоянно делятся, их геном должен постоянно копироваться, а стало быть, и понемногу «расходоваться».
Чтобы этого не произошло, на концах хромосом есть теломеры — длинные области из повторов ДНК. Их часто сравнивают с колпачками на шнурках, защищающими основную часть от расплетания.
Генетики называют последовательности теломер очень консервативными — то есть такими, которые медленно меняются при эволюции. Поэтому теломеры похожи даже у самых разных существ с отдаленных ветвей «эволюционного древа».
Известно, что теломеры всех позвоночных животных состоят из многократно повторяющихся «слов» из шести нуклеотидов (TTAGGG), а у большинства растений — из семи (TTTAGGG). На основании ряда изученных видов ранее ученые решили, что для насекомых характерен похожий мотив из пяти нуклеотидов — TTAGG.
Но биология, как известно, состоит из исключений. Это лишний раз подтвердила новая статья для журнала Biological Journal of the Linnean Society, авторы которой с удивлением обнаружили огромное разнообразие и необычное устройство теломер насекомых.
Всего биологи рассмотрели геномы 220 видов насекомых, представляющих очень непохожие систематические группы. Длина и состав повторяющихся единиц теломер у них оказались весьма изменчивы. К примеру, у таких перепончатокрылых, как осы, пчелы и паразитоидные наездники, длина мотива варьируется от одной до 11 пар оснований. У мух он гораздо больше — 173-381 нуклеотид.
Более того, теломеры насекомых устроены принципиально иначе. Стандартные повторы ДНК в них перемежаются ретротранспозонами, или мобильными генетическими элементами. Эти так называемые прыгающие гены способны копировать себя и активно перемещаться по геному, что определяет их большую эволюционную роль.
«Такая организация теломер, включающая ретротранспозоны, ранее была описана для семи видов насекомых, но она считалась исключением из правил и никто не знал, что такая организация — скорее закономерность. Интересно, что у мушки дрозофилы — наиболее изученного генетического объекта — теломеры целиком состоят из ретротранспозонов. Теломеры с ретротранспозонами — это своего рода недостающее звено в эволюции от классических теломер, состоящих из коротких мотивов, к теломерам дрозофилы. Таким образом, наши данные помогают понять, как могли возникнуть теломеры дрозофилы», — подытожил Владимир Лухтанов, первый автор статьи и главный научный сотрудник Зоологического института РАН в Санкт-Петербурге.
Исследователи связали столь необычное устройство теломер насекомых с особыми механизмами поддержания их длины. Они предполагают, что в этом участвуют пресловутые «прыгающие гены».
