Обнаружен ген, ответственный за образование новых видов
Исследование под руководством Университета Юты выявило давно разыскиваемый "ген гибридной нежизнеспособности", который отвечает за гибель или бесплодие потомства при скрещивании двух видов плодовых мушек. Это открытие проливает свет на генетические и молекулярные процессы, ведущие к образованию новых видов, и может дать ключи к пониманию развития рака.
Ключевое открытие: Ген, делающий гибридов плодовых мушек нежизнеспособными, получил название gfzf. Это ген контроля клеточного цикла, который обычно останавливает деление и репликацию клеток при обнаружении дефектов. Когда ген был мутирован и "отключен" в исследовании, это позволило выжить гибридным самцам двух видов мушек.
Это стало неожиданностью, так как гены контроля клеточного цикла обычно эволюционируют медленно, являясь консервативными и важными для большинства организмов. Однако gfzf эволюционирует быстро, что соответствует ожиданиям от генов гибридной нежизнеспособности.
Связь с онкологией: Открытие роли gfzf в гибели или бесплодии гибридов "действительно важно для биологии рака", отмечают авторы. Когда механизмы контроля клеточного цикла выходят из строя, клетки могут бесконтрольно делиться, что ведет к раку. Работа показывает, что некоторые компоненты этой "полицейской" системы клеточного цикла могут быстро меняться.
История двух видов мушек
Исследование сосредоточено на двух близкородственных видах плодовых мушек, распространенных по всему миру: Drosophila melanogaster и Drosophila simulans. Гибридное потомство от их скрещивания погибает. Ранее были идентифицированы два гена, играющих роль в этом процессе: ген Lhr у D. simulans и ген Hmr у D. melanogaster. Однако данные указывали на существование третьего, неизвестного гена.
Преодоление технических барьеров: Для идентификации гена gfzf ученым пришлось обойти традиционные препятствия. Поскольку гибридные самцы обычно погибают на стадии перехода от личинки к куколке, генетический анализ был невозможен.
- Создание мутантов: 55 000 самцов D. simulans обработали химическим мутагеном.
- Скрещивание: Мутантных самцов D. simulans скрестили с нормальными самками D. melanogaster.
- Отбор выживших: Среди сотен тысяч потомков было найдено всего 32 живых гибридных самца (все стерильные). Только у шести из них выживание было связано с мутацией в искомом гене гибридной нежизнеспособности.
- Секвенирование и сравнение: Ученые секвенировали геномы этих шести самцов и родительских линий. Сравнение показало, что единственный ген, мутировавший у всех шести выживших гибридов, — это gfzf на третьей хромосоме D. simulans.
Почему такой ген существует? Гены гибридной нежизнеспособности, вероятно, сохраняются в популяции естественным отбором из-за какой-то другой полезной функции. Гибель гибридов — это "случайное последствие этой эволюции". Авторы предполагают, что gfzf может помогать контролировать "прыгающие гены" (мобильные генетические элементы), способные вызывать опасные мутации.
Значение исследования: Понимание того, как один вид разделяется на два, — это ключ к пониманию огромного биоразнообразия жизни на Земле. "Теперь мы наконец можем использовать технологии творческими способами, чтобы решать такие старые, давние проблемы", — заключают ученые.
Исследование опубликовано в журнале Science.