Установлена генетическая связь между суточными и сезонными биологическими часами

Исследователи из Университета Лестера впервые представили экспериментальные доказательства генетической связи между двумя основными механизмами отсчёта времени у живых организмов — циркадными (суточными) и сезонными часами.

Новое исследование лаборатории Таубера в Университете Лестера, которое будет опубликовано в журнале PLOS Genetics 4 сентября, подтвердило более ранние наблюдения: мухи, развивавшиеся в условиях короткого светового дня, становятся значительно более устойчивыми к холоду по сравнению с мухами, выращенными при длинном световом дне. Это указывает, что данную реакцию можно использовать для изучения сезонного фотопериодического отсчёта времени.

Фотопериодизм — это физиологическая реакция организмов на продолжительность дня или ночи, встречающаяся как у растений, так и у животных.

Доктор Мирко Пегоро, член исследовательской группы, пояснил: «Способность отличать длинный день от короткого необходима для точного сезонного отсчёта времени, поскольку фотопериод меняется регулярно и предсказуемо в течение года».

Разницу в реакции на холод легко наблюдать с помощью теста на восстановление после холодового наркоза — состояния обратимого оцепенения, в которое впадают мухи при воздействии отрицательных температур. Время восстановления из этого состояния отражает степень адаптации мух к холоду.

Команда продемонстрировала, что эта реакция в значительной степени регулируется фотопериодом. Например, мухи, подвергавшиеся воздействию коротких дней (похожих на зимние) во время развития, демонстрируют более короткое время восстановления (лучшую адаптацию к холоду) в тесте на наркоз.

Доктор Эран Таубер из Департамента генетики Университета Лестера объяснил: «Сезонный отсчёт времени — ключевой процесс для выживания большинства организмов, особенно в регионах с умеренным климатом. У широкого круга видов, от растений до млекопитающих, ежегодное изменение продолжительности дня отслеживается так называемыми "фотопериодическими часами". Многие насекомые, включая многочисленных сельскохозяйственных вредителей, обнаруживают сокращение дня осенью и переключаются на диапаузу — остановку в развитии, — что позволяет им пережить зиму. Однако, несмотря на интенсивное изучение фотопериодических часов в течение последних 80 лет, лежащий в их основе молекулярный механизм всё ещё в значительной степени неизвестен. Это резко контрастирует с нашим пониманием циркадных часов, регулирующих суточные ритмы».

Команда протестировала мутантные линии мух, у которых был нарушен циркадный ритм, и обнаружила, что фотопериодические часы также были нарушены. Это предоставляет первые экспериментальные доказательства роли циркадных часов в сезонном фотопериодическом отсчёте времени у мух.

Новое исследование основано на автоматизированной системе, позволяющей отслеживать сотни мух, что открывает путь к новому пониманию генов, вовлечённых в фотопериодический ответ и сезонный отсчёт времени.

Профессор Мелани Уэлхэм, исполнительный директор по науке Совета по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC), заявила: «Это исследование показывает интересную генетическую связь между циркадными и сезонными часами. Повсеместное распространение этих часов у множества видов делает это открытие важным, которое приведёт к лучшему пониманию этих фундаментальных процессов».