Analiza porównawcza retrotranspozonów, znanych też jako skaczące geny, pomaga poznać szczegółowo drzewo genealogiczne torbaczy. Symbol Australii, kangur, ma swoje korzenie w Ameryce Południowej.

Nic nie kojarzy się z Australią bardziej niż kangury. Lecz nowe badanie sugeruje, że te torbacze, podobnie jak reszta (np. diabeł tasmański), wywodzą się z Ameryki Południowej. Było dla nas niejasne, w jaki dokładnie sposób spokrewnione są ze sobą żyjące i wymarłe torbacze.

Współcześnie przedstawiciele torbaczy żyją zarówno w Australii, jak i w Ameryce. Niektóre wcześniejsze badania sugerowały, że torbacze wyewoluowały w Australii, a 80 milionów lat temu dryfujące kontynenty rozdzieliły populację. Lecz zarówno w Ameryce Południowej, jak i w Australii odnaleziono skamieniałości dawno wymarłych torbaczy; toteż przez ostatnie dekady naukowcy toczyli zawzięte dyskusje: jak wygląda ich drzewo genealogiczne? Badanie genetyczne zawartości jąder komórkowych i mitochondriów (mitochondia to komórkowe elektrownie z własnym materiałem genetycznym) dało zaskakujące wyniki.

Maria Nilsson, Jürgen Schmitz i ich koledzy przezentują pierwsze badanie, w którym wykorzystano sekwencje retrotranspozonów (rodzaj skaczących genów) w celu zrekonstruowania drzewa rodowego torbaczy. Te wyniki mogą dać ostateczną odpowiedź na pytanie, gdzie wyewoluowały torbacze i jak rozdzieliły się ich linie rozwojowe. To może być niespodzianka dla niektórych badaczy: stoją w sprzeczności z kilkoma wcześniejszymi pracami.

Retrotranspozony stanowią większą część genomu u torbaczy, niż u innych ssaków, których genom zsekwencjonowano. Wydaje się, że jeżeli te sekwencje mają jakiekolwiek znaczenie dla zwierząt, to bardzo małe. Właśnie dzięki temu są tak istotne dla badaczy.

Retrotranspozony używają enzymatycznej maszynerii, aby powielać się. Zamiast robić kopie i rozprzestrzeniać się z komórki do komórki, z organizmu do organizmu jak wirus, retrotranspozony wbudowują się w inne miejsca genomu w obrębie tej samej komórki- rozcinają nić i wstawiają się w DNA. Kopie pozostają na swoim nowym miejscu. Bardzo rzadko zdarza się, aby retrotranspozon, po wbudowaniu, został usunięty bez śladu. Po milionach lat, setki tysięcy takich sekwencji zaśmiecają genom torbaczy.

Skaczące geny są tak powszechne w genomie torbaczy, że kolejna kopia zwykle ląduje w środku starszego transpozonu; powstaje jeden transpozon zagnieżdżony w drugim. Bardzo mało prawdopodobne, aby retrotranspozony, zwłaszcza zagnieżdżone, wyglądały u różnych gatunków tak samo, w dokładnie tym samym miejscu genomu, przez przypadek. Zatem jeśli różne gatunki mają kilka takich samych zagnieżdżonych retrotranspozonów, najprawdopodobniej odziedziczyły je po jednym wspólnym, odległym przodku.

W dwóch genomach torbaczy, które ostatnio zsekwencjonowano, Nilsson, Schmitz i ich koledzy zidentyfikowali tysiące zagnieżdżonych transpozonów - ponad 8000 w genomie południowoamerykańskiego oposa (Monodelphis domestica), i blisko 4500 w genomie kangura (Macropus eugenii).

Nilsson, Schmitz ze współpracownikami pogrupowali zagnieżdżone retrotranspozony w trzy kategorie: unikalne dla kangura, unikalne dla oposa, i wspólne dla obu gatunków. Spośród tysięcy skaczących genów wybrali 53, które posłużyły jako markery do oceny stopnia pokrewieństwa pomiędzy gatunkami. Odkryli, że wszystkie żyjące torbacze muszą pochodzić od jednej gałęzi ssaków, ponieważ w szczególnych miejscach genomu wszystkie mają 10 transpozonów, które nie występują u innych ssaków.

Potem naukowcy przeszukali DNA dwudziestu gatunków torbaczy (m. in. kangura górskiego, wombata tasmańskiego i kreta workowatego), aby sprawdzić, ile zawierają markerów. Nie było jasne, do której linii rozwojowej należą krety workowate. Nowe badanie sugeruje, że na początku oddzieliła się gałąź, z której wywodzi się linia rozwojowa dydelfokształtnych (należy do niej kilka gatunków południowoamerykańskich oposów). Z późniejszych gałęzi wywodzą się inne południowoamerykańskie torbacze - skąpoguzkowce, zbójnikowate, beztorbiki (jedynym żyjącym gatunkiem jest beztorbik bambusowy).

Wszystkie współczesne australijskie torbacze oddzieliły się później. Pochodzą z jednej południowoamerykańskiej linii rozwojowej zwierząt podobnych do beztorbików. Wyewoluowały w tak różne gatunki, jak kangury, podobne do gryzoni borsuki workowate, czy diabły tasmańskie.

Nilsson, Schmitz i ich koledzy przyznają, że nadal jest tajemnicą, dlaczego drzewo torbaczy jest tak wyraźnie rozdzielone. Odnaleźli dwie odrębne gałęzie - jedną z Ameryki Południowej i jedną z Australii - pomimo, że te kontynenty były częścią Gondwany przez dziesiątki milionów lat, w czasie, kiedy pojawiły się torbacze.

[tłum. Zuzanna Niemier]

Inman M (2010) Jumping Genes Reveal Kangaroos' Origins. PLoS Biol 8(7): e1000437. doi:10.1371/journal.pbio.1000437