Білокрилки захищаються від рослинних токсинів за допомогою гена, який самі стягнули у рослин багато мільйонів років тому.
Ми не можемо поділитися з іншою людиною власними генами. Точніше, можемо, але для цього потрібно народити дитину, яка їх успадкує. Але ось так, щоб зустрітися на вулиці, потиснути один одному руку і з рукостисканням отримати собі в геном один-два гена - таке у нас неможливо.
Зате можливо у бактерій. Вони передають генетичну інформацію не тільки по вертикалі, тобто по лінії предок-нащадок, але і по горизонталі, тобто просто один одному, поза процесом розмноження. Це називається горизонтальним переносом генів (ГПГ). Бактерії можуть передавати і приймати чужу ДНК під час особливого процесу, який називається кон'югацією, або ж коли одна клітина поглинає іншу, або ж просто підбираючи з навколишнього середовища ДНК, що залишилася від іншої клітини. Ген «освоюється» на новому місці і починає працювати на благо нового господаря. Також горизонтальне перенесення генів поширений у архей, хоча механізми його у них інші.
Що стосується тварин, рослин, грибів, то ще зовсім недавно вважалося, що у них горизонтальне перенесення генів трапляється дуже і дуже рідко, якщо взагалі є. Але з часом стали з'являтися дані, що насправді він у них не так вже й рідкісний. Так, ми писали про те, що гриби неодноразово запозичували гени бактерій, завдяки чому змогли налагодити симбіоз з рослинами, а деякі види грибів навіть навчилися за допомогою бактеріальних генів відчувати гравітацію. Є безліч прикладів того, як бактеріальні гени запозичували рослини, членистоногі і чи не людина.
Але у бактерій запозичити ген, можливо, не так вже й важко. А от чи були випадки, коли один складний багатоклітинний організм запозичував ген у іншого складного багатоклітинного? Саме такий випадок описано в статті в Cell, присвяченій тютюновій білокрилці. Ця комаха поширена буквально повсюдно, і особливо добре знайоме тим, хто займається сільським господарством - тому що тютюнова білокрилка вважається одним з найнебезпечніших шкідників. Її личинки годуються більш ніж на 600 видах рослин, і не просто висмоктують їх сік, але і заражають рослини безліччю вірусів. Бували випадки, коли білокрилка з вірусами повністю знищувала врожай.
Співробітники Китайської сільськогосподарської академії виявили в геномі тютюнової білокрилки ген BtPMaT1. Той же ген знайшли ще у двох видів білокрилок. Найдивніше було в тому, що ген BtPMaT1 досі вважався суто рослинним. Пояснити це можна було або тим, що ген BtPMaT1 був у загального предка рослин і комах, але потім за мільйони років еволюції рослини його зберегли, а тварини втратили, за винятком трьох білокрилок. Але між рослинами і комахами лежить величезна еволюційна прірва, і такий розвиток подій - що ген з часів загальної рослинно-тваринної предка чомусь залишився тільки у одиничних комах, які, до речі кажучи, не самі примітивні тварини на світі - такий розвиток подій автори роботи визнали неправдоподібним.
Альтернативою залишалося горизонтальне перенесення генів. Білокрилки з рослинним геном виникли близько 35 млн років тому. Але у них є близькоспоріднені види, які сформувалися близько 80 млн років тому, і у цих родичів рослинного гена немає. Очевидно, ген з'явився у них між 80 і 35 млн років. Як саме комахи зуміли вбудувати рослинний ген у свою ДНК, поки неясно. Можливо, свою роль тут зіграли якісь віруси, які можуть вбудовуватися в клітинну ДНК - правда, тоді доведеться припустити, що ці віруси більш-менш нормально відчували себе як в рослинних, так і в тварин клітинах, а припустити таке досить складно.
Але, так чи інакше, білокрилки запозичили у рослин досить корисний для себе ген. Справа в тому, що у рослин є різні системи захисту від шкідників. Зокрема, вони можуть синтезувати токсичні для комах фенолглікозиди. Але щоб токсини не пошкодили самій рослині, в рослинних клітинах є спеціальний фермент, який розщеплює токсичні молекули. Ген BtPMaT1 якраз цей фермент і кодує.
Щоб перевірити, чи дійсно BtPMaT1 захищає білокрилок від отрути, дослідники ввели в рослини томатів спеціальну молекулу, яка відключала ген BtPMaT1 - вимикаюча молекула потрапляла в комах, коли вони смоктали сік з рослини. З 2500 білокрилок, які годувалися на такому томаті, не вижила жодна. А з тих, які годувалися на звичайному томаті, загинуло лише 20%.
Це другий випадок горизонтального перенесення генів від рослини до комах. Перший був описаний у вересні минулого року в Scientific Reports, і теж на прикладі білокрилок. Однак щодо того рослинного гена залишилося багато неясного - не дуже зрозуміло, навіщо він знадобився комахам. З новими білокрилками і геном BtPMaT1 якраз все набагато ясніше - він дійсно їм корисний. Можливо, боротьба з білокрилками тепер стане успішнішою: можна або цілеспрямовано відключити у них цей ген, або вивести нові сорти рослин з модифікованим токсином, проти якого захист білокрилок виявиться безсилим.