В разгар грибного сезона многие ищут в лесу подберезовики и лисички, не подозревая, что в микроскопическом масштабе грибы скрывают одну из самых удивительных форм генетической динамики, известных современной науке. Речь идет о так называемых Starships — гигантских мобильных элементах ДНК, открытие которых в последние годы серьезно изменило взгляды на эволюцию грибов и их геномную организацию. Подробнее — в материале Национального центра генетических исследований (MyGenetics).
Эти структуры, поэтично названные учеными Starships («звездные корабли»), представляют собой разновидность транспозонов — участков ДНК, способных перемещаться внутри генома. Однако, в отличие от типичных коротких вставок, Starships достигают поразительных размеров: от 25 до 700 тысяч пар оснований. Центральное звено каждого такого элемента — фермент тирозин-рекомбиназа, неофициально именуемый «капитаном», который инициирует перемещение всего блока ДНК. Кроме того, Starships содержат «груз» — гены, кодирующие белки и ферменты, способные влиять на физиологию организма-хозяина.
Одним из наиболее изученных случаев является Hephaestus (Hφ), обнаруженный у гриба Paecilomyces variotii. Этот элемент несет гены, обеспечивающие устойчивость к тяжелым металлам, таким как мышьяк, кадмий и свинец, что делает его важным объектом для исследований в области биоремедиации. Другой пример — перенос токсигенного гена ToxA между фитопатогенными грибами, такими как Pyrenophora tritici-repentis и Alternaria alternata. Ранее считалось, что такой обмен возможен только через длительные эволюционные процессы, но оказалось, что Starships способны осуществлять горизонтальный перенос генов между разными видами грибов, что среди эукариот встречается крайне редко.
Согласно обзору в Trends in Genetics, Starships функционируют как нечто среднее между паразитами и симбионтами: с одной стороны, они навязывают геномам свои программы; с другой — предоставляют хозяевам адаптивные преимущества. В связи с чем было предложено рассматривать эти структуры как отдельную «генетическую нишу», функционирующую параллельно с основным геномом организма.
Функциональный потенциал Starships впечатляет. Некоторые из них, такие как элемент Voyager у Macrophomina phaseolina, регулируют переход гриба между сапротрофной и патогенной формами питания. Это означает, что мобильные элементы способны менять не только биохимию клетки, но и экологическую стратегию целого организма.
Понимание механизмов работы Starships открывает широкий спектр практических приложений. В аграрной сфере оно может использоваться для создания культур, устойчивых к грибным инфекциям, или для разработки методов, блокирующих распространение патогенных генов. В биотехнологии и экологии возможно создание грибов-биофильтраторов, способных поглощать тяжелые металлы из загрязненных почв. В перспективе — применение самих Starships в синтетической биологии, как природных векторов для переноса функциональных генов в сложных эукариотических системах.
Таким образом, Starships — это не просто генетические «прыгающие» элементы. Это динамичные модули, которые расширяют границы традиционной генетики, способствуя быстрой адаптации, экологической гибкости и даже эволюционному скачку. В каждом грибном теле, скрытом в лесной подстилке, может находиться сложный генетический механизм, способный переписать эволюционный путь целого вида. Их исследование только начинается, и, как отмечают ученые, мы, вероятно, едва прикоснулись к «первой ступени» этих биологических кораблей.
Автор: Анна Бердникова. Клинический биоинформатик Национального центра генетических исследований (MyGenetics).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
