Как белки играют в кости, определяя пол пчелы

До сих пор было неясно, как именно определяется пол пчелы. Исследовательская группа из Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне (HHU), включающая биологов и химиков, определила ключевой ген и связанный с ним молекулярный механизм. В свежем выпуске журнала Science Advances они описывают, как этот процесс похож на игру с двумя игральными костями.

Пол живого существа имеет значительные последствия для его формы, функции и поведения. Биологический пол организма обычно определяется в начале его жизни. У пчел — в отличие от людей — нет определяющей пол хромосомы.

Исследовательская группа под руководством профессора д-ра Мартина Бея из Института эволюционной генетики HHU установила, что пол определяется одним геном, называемым Csd (Complementary sex determiner), с помощью особого механизма.

Этот ген может иметь более 100 вариаций — так называемых аллелей. При половом оплодотворении одинарные хромосомные наборы из яйцеклетки и сперматозоида объединяются, создавая двойной — диплоидный — набор хромосом. Соответственно, в каждой оплодотворенной пчеле присутствуют два варианта гена Csd.

Ключевое открытие:

• Если два аллеля гена Csd разные, развивается самка (рабочая пчела или матка).
• Если аллели гена на обеих хромосомах одинаковые, развивается самец. Однако, чтобы избежать инбридинга, рабочие пчелы не выращивают таких личинок.

Молекулярный механизм:

• Каждый разный аллель гена Csd производит немного отличающийся вариант белка Csd.
• Только разные белки Csd могут связываться друг с другом и активировать молекулярный «переключатель» на путь развития «самка».
• Если белки одинаковые, они связываются иначе, переключатель не активируется.

Профессор Бей поясняет: «Это похоже на молекулярную игру с двумя костями: однако в этом случае выигрышным броском является не дубль, а выпадение двух разных чисел».

Развитие самцов (трутней):

Трутни развиваются из неоплодотворенных яиц. Соответственно, у этих самцов только одинарный набор хромосом с идентичными белками Csd. Матка решает не добавлять сперму к яйцу во время кладки.

Д-р Отте: «Нам удалось разгадать генетическую загадку, существовавшую более 100 лет, проследив ее до переключающей функции белка Csd».

Остается неизвестным, как именно рабочие пчелы определяют, содержит ли оплодотворенное яйцо два разных белка Csd. Результаты будут использованы для продвижения мер по селекции пчел.