První případ živočichů, kteří si dokáží vytvářet své vlastní esenciální živiny: karotenoidy

Dle vědců z Univerzity Arizona mohou mšice samy produkovat své esenciální živiny nazývané karotenoidy. Nejsou známí žádní další živočichové, kteří by uměli vyrábět tyto antioxidanty. Dosud si vědci mysleli, že jediný způsob, jak zvířata mohou získat oranžovo-červenou látku, je z potravy.

„Všude se píše, že zvířata netvoří karotenoidy," řekla Nancy Moranová, vedoucí amerického týmu, který vyvrátil zakořeněnou „moudrost". Karotenoidy jsou stavebními bloky pro molekuly důležité pro vidění, zdravou kůži, růst kostí a další klíčové fyziologické funkce. Beta-karoten, pigment zbarvující mrkev dooranžova, je stavební blok pro vitamin A. „Když si začnete uvědomovat, jak jsou karotenoidy rozšířené, pochopíte, že jsou všude v životě," řekla Moranová, profesorka ekologie a evoluční biologie.

„Žlutá barva ve žloutku vajíčka, růžová v lososu a krevetách, růžoví plameňáci, rajčata, mrkve, papriky, mexické vlčí máky, měsíčky - žlutá, oranžová a červená jsou všechno karotenoidy." Moranová spolu s kolegou Tylerem Jarvikem také zjistili, jak mšice, jež studovali, získaly schopnost vytvářet karotenoidy. „Událo se to, že se gen původem z houby dostal do mšice a byl zkopírován," řekla Moranová. Doplnila, že přestože jsou genové přenosy mezi mikroorganismy běžné, nález funkčního genu houby jako část DNA zvířete je unikátní.

„Živočichové mají mnoho požadavků, což odráží to, že došlo k mnoha ztrátám genů. To je důvod, proč potřebujeme tolik aminokyselin a vitaminů v naší stravě," vysvětlila Moranová. „Dosud se věřilo, že jednoduše nejde znovu nabýt ztracených schopností. Ale tento případ u mšic ukazuje, že je opravdu možné znovu získat schopnost vytvářet potřebné látky. „Je možné, že tohle zůstane mimořádně vzácným případem. Ale v genomických studiích se stává, že jediný počáteční případ se ukáže být jenom příkladem něčeho, co je velmi rozšířené."

Moranová a Jarvik, vědecký specialista v oddělení chemie a biochemie na Univerzitě Arizona nás informoval, že jejich objev byl publikován ve článku „Laterální přenos genů z hub vyvolal tvorbu karotenoidů v mšicích" 30. dubna v časopisu Science. Výzkum byl financován za pomoci The National Science Foundation.

Šťastná nehoda v laboratoři plus nedávné sekvenování genomu mšice objev umožnilo. Tento druh mšic, známý vědcům jako Acyrthosiphon pisum, je buď červený nebo zelený. Mšice jsou klony - matky rodí dcery, které se geneticky shodují se svými matkami. Takže když se v laboratoři Moranové událo, že červený kmen mšic 5A začal plodit žlutavě-zelené potomky, Moranová a její kolegové věděli, že se dívají na výsledek mutace. „Nazvali jsme je 5AY (Y jako yellowish - žlutavé)," řekla Moranová. „Tyto žlutavé mutanty jsme měli v laboratoři v roce 2007. Tento kmen jsme pěstovali v laboratoři, jako bychom chovali domácího mazlíčka. Věděla jsem, že jednoho dne zjistíme, co se stalo."

Symbiotické bakterie žijí v mšicích ve specializovaných buňkách. Bakterie, které jsou předávány z matky na dceru, zásobuje hmyz esenciálními látkami. Když zemře bakterie, zemře s ní i mšice. Moranová, která po desetiletí studuje systém mšice-bakterie, už věděla, že tři hlavní druhy symbiotických bakterií nevytváří karotenoidy.

Byla si také jistá, že mšice nedostávají karotenoidy ze své stravy. Mšice se živí sáním nektaru z rostlin, ale nektar je chudý na karotenoidy. Navíc karotenoidy mšic jsou odlišné od karotenoidů, které se obyčejně nalézají v rostlinách.

V roce 2009 po dokončení sekvenování DNA se mšice stala dostupnou vědcům a Moranová se rozhodla, že bude hledat geny pro karotenoidy. Všechny organismy užívají stejné biosyntetické dráhy k syntéze karotenoidů, což činí hledání jejich genů jednoduchým. Naštěstí pro Moranovou vědci, kteří sekvenovali genom mšic, používali červené mšice, které mají jednu kopii genů pro karotenoidy navíc, což usnadnilo hledání genu způsobujícího červenou barvu. Jako další zkoumali, jestli geny pocházely z DNA mšice nebo neobvyklé symbiotické bakterie nebo jestli byly původem kontaminací z hub.

V laboratoři Moranová a Jarvik zjistili, že když eliminují symbiotickou bakterii, u kmene mšic se nezmění barva mláďat, což dokázalo, že symbiotická bakterie nebyla zdrojem červené barvy. Navíc se sledováním linií červeného, zeleného a žlutého kmene mšic ukázaly znaky mendelovské dědičnosti, což dokazuje, že DNA, která kódovala červenou barvu, byla součástí DNA mšic.

Vzor dědičnosti se také shodoval s výzkumem jiného týmu, podle kterého byly obě barvy přítomny v přírodě, protože červené mšice jsou více náchylné podléhat parazitickým vosám, zatímco zelené mšice jsou náchylnější k predátorům, jako jsou berušky. Posledním článkem skládačky bylo zjištění, odkud pochází geny. Nalezené sekvence DNA mšice, které kódovaly karotenoidy, se lišily od genů bakteriálních karotenoidů a patřily ke genům některých hub.

Moranová říká, že dlouhodobý vztah mezi mšicemi a patogenními houbami mohl umožnit takovýto přenos genů. „Objev je ukázkou prolínání živočichů a jejich genomů v průběhu času a jejich spojování různými způsoby," řekla Moranová. „Odlišností různých genomů organismů a linií je mnohem méně, než jsme si mysleli."

Překlad: Pavla Čermáková

Zdroj: www.sciencedaily.com