Ген, связанный с образованием половых клеток, оказался гораздо древнее, чем считалось

Учёные из Гарварда выяснили, как у некоторых насекомых образуются зародышевые клетки — предшественники яйцеклеток и сперматозоидов. Это открытие проливает новый свет на эволюционное происхождение гена oskar, который долгое время считался критически важным для этого процесса.

Как описано в статье от 1 ноября в журнале Current Biology, команда под руководством профессора Кэссандры Экставур обнаружила, что у сверчка, так называемого «низшего» насекомого, есть вариант гена oskar. Ранее этот ген был показан как критический для образования половых клеток у «высших» насекомых, в частности, плодовых мушек. Это открытие указывает, что ген oskar возник в эволюции насекомых гораздо раньше, чем считалось.

«Преобладала гипотеза, что, поскольку только высшие насекомые, казалось, обладают геном oskar, он должен был возникнуть после расхождения двух ветвей эволюции насекомых, — говорит Экставур. — Мы выяснили, что это не так. Oskar присутствует в обеих группах насекомых, значит, он должен был возникнуть у их последнего общего предка».

Помимо пересмотра научных представлений об эволюции зародышевой линии у насекомых, это открытие подчёркивает важность выхода за рамки традиционных модельных объектов в биологических исследованиях.

«Есть вопросы, особенно глубокие эволюционные, на которые никогда не получить ответ, изучая только одно животное, — отмечает Экставур. — И уж точно их не решить, изучая организмы, сильно удалённые от их последнего общего предка, как, согласно данным, являются плодовые мушки».

Неожиданная роль древнего гена

Исследование началось с простого вопроса: поскольку половые клетки критичны для размножения многих растений и животных, существует ли единый генетический путь для их создания, который эволюция никогда не меняла?

Учёным давно известно, что высшие насекомые, такие как плодовые мушки, используют процесс материнского наследования: мать загружает материал (включая ген oskar) в яйцеклетки до их откладки. Этот материал, называемый зародышевой плазмой, позже заставляет содержащие его клетки становиться половыми.

Однако у большинства «низших» насекомых процесс формирования половых клеток совершенно иной. Изучение его дало подсказки, что первоначальная роль гена oskar, вероятно, не была связана с половыми клетками.

Команда Экставур обнаружила, что у «низших» насекомых, таких как сверчки, действительно есть вариант гена oskar, но, к удивлению, он, по-видимому, почти не связан с образованием половых клеток. В отличие от мушек, которые не могут формировать половые клетки без oskar, удаление этого гена у сверчков не влияет на их образование.

«Это означает, что хотя oskar возник в эволюции гораздо раньше, чем мы подозревали, та роль, о которой мы говорим более трёх десятилетий — oskar обсуждался только в контексте гена зародышевой линии — возможно, не была его первоначальной функцией, — поясняет Экставур. — Где-то на этом пути он сменил "работу"».

Первоначальная «работа» гена — в нервной системе

Исследуя сверчков, учёные обнаружили ген не в половых клетках, а в нейральных стволовых клетках — нейробластах. Это говорит о том, что его первоначальная роль была в нервной системе. Эту гипотезу подтвердило наблюдение, что удаление гена у сверчков вызывает дефекты в производстве нейронов и «проводке» нервной системы.

«Наш вывод в том, что у последнего общего предка насекомых первоначальная роль oskar, скорее всего, заключалась в формировании нервной системы, — говорит Экставур. — Где-то на этом пути он был "привлечён" в путь формирования зародышевой линии и в итоге занял видное место в иерархии генов, контролирующих образование половых клеток».