"Кража" генов у бактерий помогла мукоровым грибам научиться отличать верх от низа

Способность распознавать верх и низ предки мукоровых грибов приобрели благодаря заимствованию как минимум одного гена у бактерий, выяснили учёные. 

Как поясняют авторы статьи в PLOS Biology, в процессе эволюции ген octin, «украденный» у бактерий, накопил полезные мутации, благодаря которым закодированный им белок изменил свою функцию и сформировал своеобразный «вестибулярный аппарат» грибов.

Мукоровые грибы (некоторые из них любят портить продукты и известны нам как плесень) обычно существуют в виде «двумерного» мицелия. Однако их спороносные структуры, так же как и растения, и плодовые тела съедобных грибов, обладают гравитропизмом — способностью регулировать направление роста в зависимости от силы тяжести. Другими словами, мукоровые грибы способны различать верх и низ, и расти при этом именно вверх. 

Спороносные стебельки грибов Phycomyces:

Ранее учёные показали на примере рода Phycomyces, что сенсор гравитации грибов устроен подобно вестибулярному аппарату млекопитающих. Если мы детектируем перемещение тела в пространстве благодаря смещению кристалликов (отолитов) в органе равновесия, у грибов отолитами служат крупные октомерные кристаллы, плавающие в вакуолях. 

Учёные из лаборатории естественных наук Национального университета Сингапура исследовали эти кристаллы и выяснили, что они сформированы единственным белком, который получил название OCTIN. Анализ последовательности белка позволил идентифицировать кодирующий его ген octin.  

Рост спорангиеносных "стебельков" гриба Phycomyces blakesleeanus (верхняя панель), кристаллы октина внутри вакуоли (нижняя панель) и октаэдрические кристаллы октина под микроскопом (боковая панель):

Сравнение нуклеотидной последовательности гена грибов с последовательностями других организмов показало, что он, по всей видимости, заимствован предками грибов у грам-отрицательных бактерий путём горизонтального переноса. 

При этом у бактерий, для которых гравитропизм не характерен, белок вряд ли выполняет соответствующую функцию, поэтому скорее всего грибы смогли приспособить ген octin для своих нужд благодаря случайным мутациям. 

Исследователи показали, что формирование крупных кристаллов грибным белком происходит благодаря большому количеству остатков цистеина, которые формируют между субъединицами «серные застёжки» (дисульфидные связи). Бактериальный белок формирует мелкие кристаллы, поэтому основной адаптацией грибов для использования октина в сенсоре, возможно, стало обогащение его последовательности цистеином. 

Авторы работы отмечают, что заимствования генов у бактерий эукариотическими организмами случаются в природе довольно часто, однако обычно у новых хозяев гены сохраняют свою функцию. Пример мукоровых грибов показывает, что горизонтальный перенос генов мог сыграть значительную роль в эволюции эукариот.