Учёные обнаружили механизм, препятствующий размножению двух видов

Исследователи из Корнеллского университета обнаружили у плодовых мушек генетический механизм, который препятствует размножению двух близкородственных видов. Это открытие даёт ключ к пониманию того, как виды эволюционируют.

Когда две популяции одного вида оказываются географически изолированы, их гены со временем начинают различаться. В конечном итоге, когда самец из одной группы спаривается с самкой из другой, потомство погибает или рождается стерильным, как в случае с мулами — гибридами лошади и осла. В этот момент они становятся двумя разными видами.

В октябрьском выпуске журнала Public Library of Science Biology (Vol. 7, No. 10) исследователи сообщают, что быстро эволюционирующая «мусорная» ДНК может создавать несовместимости между двумя родственными видами, препятствуя их размножению. В данном случае учёные изучали скрещивания близкородственных плодовых мушек Drosophila melanogaster и D. simulans. Почти 100 лет назад было обнаружено, что при скрещивании самцов D. melanogaster с самками D. simulans выживают нормальные самцы, а эмбрионы самок погибают.

«Это оставалось нерешённой проблемой, — сказал ведущий автор статьи Патрик Ферри, научный сотрудник лаборатории соавтора Дэниела Барбаша. — Вопрос в том, какие именно элементы убивают этих гибридных самок и как они это делают?»

Исследователи обнаружили, что гибридные эмбрионы самок погибают на очень ранней стадии развития. В большинстве видов при оплодотворении яйцеклетки (содержащей X-хромосому) сперматозоидом (несущим X или Y-хромосому) образуется новая клетка с одним ядром, содержащим половую хромосому от каждого родителя. Если потомок наследует X-хромосому отца, он становится самкой; если Y-хромосому — самцом. Ферри и Барбаш обнаружили, что уникальный сегмент ДНК в X-хромосоме отца приводит к гибели эмбрионов гибридных самок.

Этот сегмент ДНК был обнаружен в гетерохроматине хромосомы — плотно упакованной области высокоповторяющихся последовательностей «мусорной» ДНК вблизи центра хромосомы.

Учёные выяснили, что во время начальных делений эмбриона определённый сегмент гетерохроматина становится «липким» и останавливает процесс, препятствуя правильному разделению всей X-хромосомы; в результате ранний эмбрион погибает.

Известно, что ДНК в гетерохроматине эволюционирует быстрее, чем в других частях генома. Кроме того, белки, необходимые для деления клеток на ранних стадиях развития, поступают от матери. Исследователи предполагают, что гетерохроматин X-хромосомы самца D. melanogaster быстро эволюционировал, и после спаривания механизмы упаковки ДНК, унаследованные от матери D. simulans, больше не «узнают» «мусорную» ДНК отца D. melanogaster.

Проблемная область X-хромосомы D. melanogaster содержит около 5 миллионов пар оснований ДНК, в то время как та же область X-хромосомы D. simulans содержит всего около 100 000 пар оснований — разница в 50 раз.

«Это указывает на видоспецифичные различия в гетерохроматине между этими двумя видами, — добавил Ферри. — Это может объяснить и другие случаи гибели гибридных самок».