Биологам посчастливилось найти единственное в своем роде животное. Оно способно самостоятельно синтезировать каротиноиды -- растительные пигменты. До сих пор считалось, что это могут делать только растения, грибы и бактерии.
Ученые из Университета Аризоны (США) Нанси Морган (Nancy A. Morgan) и Тайлер Ярвик (Tayler Jarvik) обнаружили в гороховой тле гены, ответственные за синтез каротиноидов -- пигментов, придающих ей красную окраску. При помощи филогенетического анализа ученые пришли к выводу, что этот вид насекомых получил уникальный набор генов от грибов-паразитов.
Кто умеет синтезировать каротиноиды
Синтез каротиноидов считался исключительной привилегией растений, грибов и бактерий. Из-за присутствия каротиноидов эти организмы приобретают все оттенки красного, оранжевого и желтого. Важна также функция каротиноидов -- они защищают клетки от разрушительного действия свободных радикалов, которые постоянно накапливаются в организме, а также и предохраняют растительные клетки от избыточного освещения. Животные обычно получают каротиноиды вместе с пищей и таким способом подкрашивают себе перья или мех.
Заветный отрезок генома
Гороховая тля (Acyrthosiphon pisum) бывает двух цветов -- зеленого и красного. Доктор Морган и доктор Ярвик обратили внимание на это отличие и решили выяснить, что лежит в его основе. «Нам очень повезло, что в 2009 году геном гороховой тли был полностью расшифрован. Без этих данных мы не смогли бы провести исследование», -- говорит доктор Морган. Изучив геном тли красного и зеленого цвета, ученые нашли отрезок, кодирующий необходимые для синтеза каротиноидов ферменты. Причем он отсутствовал у тлей зеленого цвета.
Подтверждение гипотезы и связь с грибами
Чтобы подтвердить способность гороховой тли самой синтезировать каротиноиды, ученые решили посмотреть, во-первых, как будут себя вести мутанты, у которых этот участок генома отсутствует. А во-вторых, проверить, не причастны ли к этому процессы бактерии. Дело в том, что тля питается флоэмным соком растений. По словам ученых, сок абсолютно бесцветный, поэтому каротиноиды уж точно никак не могут попадать в организм тли таким способом. Сложность заключается в том, что сами насекомые сок переварить не могут, для этого им нужны бактерии. У одной группы насекомых (красного цвета) ученые удалили бактерии и стали ждать, что произойдет с их потомством. Потомство тли имеет точно такой же набор генов, что и материнская особь, поэтому никаких генетических изменений с ними происходить не могло. Цвет потомства не поменялся, а остался красным. «Это означало, что бактерии никак не влияют на цвет своих хозяев», -- говорят ученые. Когда же ученые создали из красных тлей мутантов, у которых отрезок, кодирующий синтез ферментов, отсутствовал, такие насекомые стали бесцветными.
На следующем этапе работы доктор Морган выяснил, откуда взялись в тле участки генома, ответственные за синтез каротиноидов. Для этого ученые сравнили имеющиеся данные по геному бактерий, растений и грибов, синтезирующих такие пигменты. Оказалось, что сходные гены встречаются у грибов. «Скорее всего, между тлей и определенными видами грибов существовала долгая паразитическая связь, во время которой гены грибов, отвечающих за синтез каротиноидов, и перешли к насекомым и там удвоились», -- говорит доктор Морган.
Статья доктора Моргана и доктора Ярвика опубликована в последнем номере журнала Science.
