Общий генетический инструментарий формирует рога у пластинчатоусых жуков

Рога независимо эволюционировали множество раз у пластинчатоусых жуков, но далёкие друг от друга виды использовали один и тот же генетический инструментарий для роста этих выдающихся структур. К такому выводу пришло исследование, опубликованное 4 октября 2018 года в журнале PLOS Genetics.

  • Существует более 35 000 видов пластинчатоусых жуков (Scarabaeidae), многие из которых имеют рога на голове и/или верхней части тела.
  • Рога считаются независимым приобретением у жуков-носорогов и их дальних родственников — навозных жуков.
  • Для изучения генетических механизмов, контролирующих развитие рогов у этих групп, команда исследовала экспрессию и функцию генов в ранних клетках рогов у личинок японского жука-носорога (Trypoxylus dichotomus) и сравнила данные с опубликованными для навозных жуков.

Результаты исследования:

  1. С помощью высокопроизводительного секвенирования было идентифицировано 49 генов, потенциально вовлечённых в развитие рогов у жука-носорога.
  2. Используя РНК-интерференцию для отключения каждого гена, учёные измерили влияние на размер и форму рогов у взрослых особей.
  3. Одиннадцать генов, экспрессирующихся во время развития личинки, показали измеримое влияние на формирование рогов у жука-носорога.
  4. Эти одиннадцать генов включают гены, отвечающие за формирование паттернов головы и конечностей. Та же категория генов связана с развитием рогов и у навозных жуков.

Выводы:

Результаты позволяют предположить, что (1) рога в процессе развития происходят из сходных областей головы, и что (2) один и тот же набор генов-предков неоднократно использовался (кооптировался) для формирования рогов, возникших независимо у жуков-носорогов и навозных жуков.

Исследование выявляет глубокие параллели в развитии независимо эволюционировавших рогов. Однако также возможно, что предок семейства Scarabaeidae уже имел рога, которые впоследствии были утрачены в эволюции большинства современных видов. Для выяснения, произошли ли рога один или несколько раз, требуется более широкий таксономический анализ. Данная работа предлагает перспективный способ обнаружения генов формирования рогов у разных видов.