Когда половой перекос у бабочек взмахивает крыльями
У бабочек пол определяется различиями в хромосомах между самцами и самками. Но в отличие от людей с привычными X и Y, у бабочек именно самки определяют пол потомства.
Они делают это, передавая либо свою Z (самец), либо W (самка) хромосому. Самцы — ZZ, а самки — ZW. Эта ZW-система также распространена у птиц, некоторых рыб и насекомых, таких как бабочки. Подобно XY-парам, ZW-пары отличаются друг от друга по форме и генному составу: Z-хромосома больше и содержит много генов, в то время как W в основном состоит из повторяющейся ДНК.
Половые хромосомы обычно эволюционируют из пары аутосом. После приобретения генов, определяющих пол, W-хромосомы часто дегенерируют и теряют гены (как и мужская Y-хромосома у людей). Беатрис Викозо и её команда изучают, как самки компенсируют потерю генетической информации в широком биологическом явлении, называемом дозовой компенсацией. В этом случае гены либо усиливают свою активность у самок (поскольку у них только одна Z), либо снижают её у ZZ-самцов.
Однако предыдущие исследования давали неполную картину: у одних видов наблюдалась полная компенсация Z-хромосомы, у других — менее выраженная.
«Дозовая компенсация распространена и хорошо изучена у видов с XY-системой, но десятилетиями существовали предположения, что у видов с ZW-системой её может не быть», — сказала Викозо. «Неоднозначные результаты у бабочек и мотыльков лишь усугубляли неясность».
Исследовательская группа Викозо из Института науки и технологий Австрии попыталась прояснить ситуацию, изучив бабочек и мотыльков.
В новой статье, опубликованной в онлайн-версии журнала Molecular Biology and Evolution, они изучили паттерны экспрессии генов у двух видов бабочек (чьи общие предки жили около 35 миллионов лет назад) и двух видов мотыльков. Анализ проводился в разные периоды развития и в разных тканях, чтобы лучше понять дозовую компенсацию.
Их работа показывает, что, вопреки предыдущим противоречивым данным, дозовая компенсация, по-видимому, широко распространена в соматических тканях на протяжении всей этой клады. У всех изученных видов экспрессия генов, сцепленных с Z-хромосомой, последовательно выравнивалась между полами.
Однако в этой картине есть нюансы. В гонадах — семенниках и яичниках — ситуация сложнее. В этих тканях экспрессия Z-хромосомы не была сбалансирована между полами. Но это, скорее всего, связано с маскулинизацией Z-хромосомы (накоплением многих генов с сильной предвзятостью к экспрессии у самцов, которую нельзя объяснить двукратной разницей в количестве копий генов) и потерей генов, активных преимущественно у самок.
Когда эти сильно смещённые в сторону одного пола гены исключаются из анализа, баланс экспрессии генов Z-хромосомы между самцами и самками восстанавливается. Авторы исследования предполагают, что эта предвзятость связана с накоплением генов, выполняющих специфические для семенников функции.
«Наше исследование показывает, что эти несоответствия были вызваны различиями в экспериментальных подходах, и что дозовая компенсация не только возможна, но и широко распространена в этой ZW-группе», — сказала Викозо. «Оно также подчёркивает важность учёта генов с полоспецифичными функциями, которые по функциональным причинам несбалансированы между полами. Хотя предстоит ещё долгий путь, эти результаты приближают нас на шаг к пониманию того, что заставляет одни виды балансировать экспрессию своих половых хромосом, а другие — нет».