Открытие бактериальных белков, вызывающих бесполое размножение у насекомых
Исследователи из Университета Миннесоты в исследовании, опубликованном в Genome Biology and Evolution, впервые идентифицировали ключевые белки бактерий рода Wolbachia, которые опосредуют индуцированное микробом бесполое размножение (партеногенез) у насекомых.
Wolbachia — одни из самых распространенных эндосимбионтов на Земле, заражающие около половины видов насекомых. Поскольку бактерии передаются от матери к потомству, самцы-хозяева являются эволюционным тупиком. Поэтому некоторые штаммы Wolbachia эволюционировали способность индуцировать партеногенез у своих хозяев, что приводит к появлению исключительно женского потомства.
Авторы исследования, Лаура Фрик и Амелия Линдси, сосредоточились на штаммах Wolbachia из двух видов паразитоидных ос: Leptopilina clavipes и Trichogramma pretiosum. Эти штаммы индуцируют партеногенез в два этапа:
- Диплоидизация: вмешательство в расхождение хромосом хозяина, приводящее к удвоению хромосом в неоплодотворенных яйцеклетках.
- Определение женского пола: вмешательство в систему экспрессии генов хозяина (например, в ген transformer), что направляет развитие особей по женскому пути.
Ученые выявили два белка-кандидата, PifA и PifB (Parthenogenesis inducing factors A и B), которые присутствуют у двух изучаемых штаммов, индуцирующих партеногенез, но отсутствуют у всех других штаммов Wolbachia.
Структурный анализ показал:
- PifA имеет сходство с эукариотическими нуклеопоринами и белками сплайсинга РНК, а также содержит Transformer-подобный регион, что указывает на возможный захват бактерией пути определения пола насекомого.
- PifB структурно гомологичен эукариотическим серин/треонин-протеинкиназам с лейцин-богатыми повторами.
Дополнительные анализы подтвердили, что оба белка влияют на эукариотические клетки, а PifA локализуется с аномально делящимися ядрами, предполагая его роль в манипуляции клеточным делением хозяина.
Происхождение генов PifA и PifB остается загадкой. Окружающие элементы в геноме указывают на возможный перенос этих генов в геном Wolbachia вирусами, но исходный источник неизвестен.
Основные вызовы для дальнейших исследований:
- Отсутствие генетических инструментов для работы с Wolbachia и их хозяевами (например, методов нокаута генов).
- Крошечный размер изучаемых паразитоидных ос (меньше песчинки), что крайне усложняет эксперименты.
Дальнейшие планы ученых включают протеомный подход для идентификации мишеней белков Pif в системе ос, изучение их локализации в эмбрионах насекомых и определение конкретных белков и РНК хозяина, с которыми они взаимодействуют.