Эгоистичный ген действует как яд и противоядие для устранения конкурентов
Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрса в сотрудничестве с коллегами из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона выявили беспрецедентную генетическую стратегию выживания.
В отчёте, опубликованном 20 июня 2017 года в eLife, соавторы Николь Наколлс и Мария Анхелика Браво Нуньес, руководитель исследования Сара Зандерс, доктор философии, и их коллеги детально описывают, как ген wtf4, обнаруженный у дрожжей S. kambucha, действует одновременно как яд и противоядие, чтобы обеспечить свою передачу следующему поколению и устранить конкурентов.
Гены wtf — это эгоистичные гены, паразитические гены, чья единственная цель — выжить и распространиться. В частности, ген wtf4 является мейотическим драйвером. Он вмешивается в процесс мейоза — форму клеточного деления, создающую половые клетки (гаметы), такие как яйцеклетки и сперматозоиды.
Гаметы содержат только одну копию каждой хромосомы. Клетки, которые их производят, содержат две копии: по одной хромосоме от каждого родителя. Во время мейоза каждая копия передаётся гаметам в равных количествах. Однако, когда работают гены мейотического драйва, они могут изменить шансы в свою пользу, уничтожая гаметы, которые их не несут.
Исследователи обнаружили, что гены wtf отравляют свои «жертвы».
«Стратегия, которую используют эгоистичные гены wtf, заключается в том, чтобы отравить все развивающиеся гаметы, но оставить противоядие себе, — говорит Зандерс. — Гаметы, унаследовавшие эгоистичные гены, также подвергаются действию яда, но не погибают, потому что у них есть противоядие. А гаметы, которые не унаследовали эгоистичный ген, уничтожаются».
В более раннем исследовании 2014 года учёные обнаружили действие нескольких независимых мейотических драйверов у дрожжей, но не знали, какие гены за это ответственны. Чтобы узнать больше, они использовали генетическое картирование и выявили сложный ландшафт множества генов мейотического драйва на хромосоме 3 S. kambucha.
Они обнаружили, что гены wtf производят два разных типа РНК:
- Короткое сообщение (кодирует яд)
- Длинное сообщение (кодирует противоядие)
Пометив ядовитый белок зелёным, а противоядие — красным, и визуализировав клетки во время мейоза, они увидели, что яд был везде, поэтому каждая клетка подвергалась его воздействию. Но противоядие присутствовало только в спорах, унаследовавших ген wtf. Гаметы, лишённые генов wtf, погибали.
Исследователи также обнаружили, что wtf4 является членом большого семейства эгоистичных генов, и по крайней мере один другой ген wtf также вызывает мейотический драйв, что позволяет предположить, что семейство размножилось именно благодаря этому механизму.
«Гены wtf производят яд, который потенциально может убить всё, включая их самих. Это рискованно. Наличие второго компонента — противоядия, и сохранение его в тайне — это способ, которым они научились избирательно устранять своих конкурентов», — отмечает Зандерс.
Это открытие расширяет понимание природы генов мейотического драйва, убивающих гаметы, и их возможного вклада в бесплодие. Оно также может помочь в будущих открытиях подобных генов у других организмов, включая сельскохозяйственные культуры или человека.
«Системы мейотического драйва, подобные генам wtf, потенциально могут быть использованы для искоренения популяций вредителей или для облегчения распространения желательных признаков в природных популяциях», — заключает Зандерс.