Насекомые получили тысячи генов от растений и микроорганизмов

Горизонтальный перенос генов (ГПГ) — важнейший фактор эволюции геномов прокариот и эукариот. За последние годы появились сообщения о ГПГ у насекомых, причем в качестве доноров выступают не только внутриклеточные эндосимбионты насекомых Wolbachia, но и другие бактерии, грибы, растения, вирусы. Перенесенные гены имеют важное значение. Так, гены биосинтеза каротиноидов, полученные от грибов тлями, важны для окраски тела последних, а гены детоксикации фенольных гликозидов используются белокрылками, хотя изначально принадлежали растениям. Авторы новой работы, вышедшей в Cell, оценили, насколько широко ГПГ распространен среди насекомых. Для этого они выполнили масштабный полногеномный поиск случаев ГПГ в 218 геномах насекомых.

Отобранные для исследования геномы принадлежали представителям 11 из 19 наиболее крупных отрядов насекомых. В общей сложности авторы работы нашли 1410 генов, переданных путем ГПГ, в 192 геномах. Вероятно, они были приобретены за 741 акт ГПГ от организмов, отличных от животных. Большая часть событий ГПГ (79%) была связана с бактериями, 13,8% ГПГ произошли между насекомыми и грибами, 3% генов были получены от растений, 2,6% — от вирусов и 1,6% — из иных источников. Среди бактерий в ГПГ с насекомыми чаще всего участвовали представители родов Wolbachia (3%), Serratia (3%), Bacillus (2%), Pseudomonas (2%) и Paenibacillus (2%). Некоторые виды-доноры вступали в ГПГ только с насекомыми определенных систематических групп.

Помимо общей высокой распространенности ГПГ среди насекомых, авторы работы показали, как ГПГ повлиял на биологию чешуекрылых (Lepidoptera). Среди всех насекомых они наиболее охотно вступали в ГПГ в ходе эволюции. Общий предок бабочек и молей получил от бактерии рода Listeria ген LOC105383139, который присутствует практически у всех ныне живущих бабочек и молей. Чтобы изучить функцию этого гена, авторы произвели его нокаут с помощью системы CRISPR-Cas9 у капустной моли (Plutella xylostella). Выяснилось, что полученный от бактерий участок генома отвечает за половое поведение, точнее, брачные ритуалы у самцов. Этот вывод авторы работы дополнительно подтвердили с помощью серий скрещиваний.