Новости | Исследование показывает, как «эгоистичные хромосомы» используют генетические механизмы, чтобы устранить конкурирующие сперматозоиды

Новости | Исследование показало, как «эгоистичные хромосомы» захватывают генетические механизмы, чтобы уничтожать конкурирующие сперматозоиды

Новое исследование под руководством Университета Юты выявило генетический механизм, который давно ставил в тупик эволюционных биологов: как «эгоистичные хромосомы» манипулируют размножением, повышая вероятность передачи следующему поколению. Исследование показало, что эти хромосомы захватывают ген Overdrive (Ovd), чтобы уничтожать конкурирующие сперматозоиды.

Обычно Overdrive выполняет функцию «контроля качества» при развитии сперматозоидов, выявляя и удаляя аномальные клетки. Эгоистичные хромосомы используют этот механизм, чтобы уничтожать здоровых конкурентов и повышать вероятность собственного наследования.

Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Нарушение расхождения хромосом нарушает правило наследования 50%

Согласно законам Менделя, родительские гены обычно имеют примерно 50% вероятность передачи потомству. Однако в некоторых случаях гены используют специальные механизмы, чтобы повысить вероятность наследования.

Это явление известно как нарушение расхождения хромосом.

Команда наблюдала его у двух видов плодовых мушек. Хотя эти виды несут совершенно разные эгоистичные хромосомы, оба используют один и тот же генетический путь — Overdrive.

Первый автор исследования, биолог из Университета Юты Джексон Риджес, сообщил, что это первое обнаружение того, что независимо эволюционировавшие эгоистичные хромосомы используют один и тот же ген для уничтожения конкурирующих гамет.

Он сказал: «Это первое доказательство того, что один и тот же ген играет ключевую роль в нескольких независимо возникших системах эгоистичных хромосом. Это свидетельствует о том, что разные хромосомы могут эволюционировать независимо, используя один и тот же клеточный механизм».

Overdrive обычно удаляет аномальные сперматозоиды

Исследователи обнаружили, что Overdrive обычно действует как система контроля качества при развитии сперматозоидов.

Если при формировании сперматозоидов возникают аномалии, Ovd запускает механизм, который не позволяет этим гаметам продолжать развитие, помогая поддерживать качество половых клеток.

Эгоистичные хромосомы могут манипулировать этим механизмом так, чтобы он удалял не только аномальные сперматозоиды, но и нормальные сперматозоиды, несущие другие хромосомы.

Это дает сперматозоидам с эгоистичной хромосомой конкурентное преимущество и повышает вероятность передачи хромосомы следующему поколению.

Эксперименты с выключением гена выявили его ключевую роль

Чтобы проверить роль Ovd, команда провела эксперименты с выключением гена у Drosophila pseudoobscura и Drosophila melanogaster.

Они удалили Ovd и наблюдали за влиянием этого изменения на размножение. К удивлению исследователей, без этого гена мухи по-прежнему в основном нормально производили сперматозоиды.

Это свидетельствует о том, что Ovd не является необходимым для формирования сперматозоидов, а, вероятно, выполняет функцию контроля качества.

Исследователи сравнили этот механизм с хорошо известным геном-супрессором опухолей P53. P53 обычно препятствует избыточной пролиферации клеток, но при отсутствии повреждения ДНК клетки могут выживать и без него.

Поэтому исследователи предположили, что Ovd активируется только при обнаружении аномалии.

Тепловой эксперимент подтверждает функцию контроля качества

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи использовали известное явление в размножении плодовых мушек: самцы обычно становятся бесплодными при температуре выше 31°C, хотя причина этого оставалась неясной.

Обычных мух и мух без Ovd содержали при высокой температуре в течение одной недели.

Обычные мухи стали полностью бесплодными, тогда как мухи без Ovd по-прежнему производили потомство.

Команда пришла к выводу, что в условиях стресса, например высокой температуры, Ovd не позволяет потенциально поврежденным сперматозоидам развиваться и тем самым предотвращает образование гамет низкого качества.

Соавтор исследования, доцент Университета Юты Нитин Пхаднис, сказал: «Этот результат почти наверняка подтверждает, что нормальная функция Overdrive заключается в предотвращении образования аномальных гамет. Когда мы удаляем этот “блокатор”, поведение эгоистичных хромосом также исчезает».

Исследователи подчеркнули, что Overdrive сам по себе не является «эгоистичным геном», а представляет собой систему контроля качества репродукции, которую используют эгоистичные хромосомы.

Возможные сведения о бесплодии и эволюции видов

Ученые впервые обнаружили нарушение расхождения хромосом у плодовой мушки Drosophila obscura в 1920s. С тех пор аналогичные механизмы были выявлены во всем животном мире — от нематод до млекопитающих, однако их молекулярная основа оставалась неясной.

Хотя у людей не выявлена идентичная генетическая система, исследователи считают, что у человека могут существовать схожие механизмы контроля качества репродукции, основанные на других молекулярных инструментах.

Команда заявила, что это открытие может дать новые сведения о генетических механизмах мужского бесплодия и репродуктивной изоляции между видами.

Пхаднис отметил, что ученые давно пытаются объяснить, как эгоистичные гены вызывают бесплодие и способствуют видообразованию, а углубленное изучение Overdrive открывает новое направление исследований.

В будущих исследованиях изучат аналогичные механизмы у других видов

Команда планирует выключить Overdrive у большего числа видов плодовых мушек, чтобы выяснить, используют ли другие эгоистичные хромосомы эту систему контроля качества.

Исследователи также планируют выяснить, существует ли подобное нарушение расхождения хромосом в линии человеческого рода.

Они заявили, что более глубокое понимание этого генетического «внутреннего соперничества» может раскрыть генетические конфликты в эволюции и способствовать развитию репродуктивной биологии и генетики.

Источник материала:

Собрано в интернете