Учёные нашли генетический переключатель женского полового поведения

Ключ к успешному половому размножению может быть связан с одним рецептором в мозге, согласно новому исследованию учёных из Стэнфорда.

Исследование, опубликованное в Current Biology, проводилось на рыбах, но ответственный рецептор присутствует у всех животных, что имеет значение для понимания социального поведения.

Африканская цихлида A. burtoni размножается в ходе сложного ритуала. Самец привлекает готовую к размножению самку, быстро вибрируя своим ярко окрашенным телом. Если она выбирает его, он ведёт её на свою территорию, где снова вибрирует, пока она клюёт окрашенные в цвет икры пятна на его анальном плавнике. Затем она откладывает икру и быстро забирает её в рот.

С икрой во рту она продолжает клевать пятна самца, «полагая», что это икра для сбора. В это время он выпускает молоки рядом с анальным плавником, которые она также собирает. Это оплодотворяет икру, и она вынашивает эмбрионы во рту две недели, пока они развиваются.

Однако всё это работает, только если точно совпадает с графиком овуляции самки.

«Как этим самкам удаётся синхронизировать своё размножение с периодом фертильности? — говорит Рассел Фернальд, старший автор исследования. — Они не будут приближаться к самцам или выбирать их, пока не будут готовы к размножению. Значит, в их мозге должен быть сигнал, указывающий, когда половое поведение станет важным».

Учёные начали с рассмотрения сигнальных молекул, ранее связанных с половым поведением и размножением, и в итоге сосредоточились на молекуле PGF2α. Они обнаружили, что инъекция этой молекулы самкам заставляет их демонстрировать брачное поведение даже в нефертильном состоянии — они исполняли «танец вибрации» с самцами, но не откладывали икру, так как её не было.

Учёные определили рецептор для PGF2α в преоптической области (POA) гипоталамуса мозга — регионе, участвующем в половом поведении у всех животных. Они предположили, что когда уровень PGF2α у рыб повышается, молекула связывается с этим рецептором и запускает половое поведение.

Чтобы проверить это, ведущий автор Скотт Джунтти и коллеги использовали систему редактирования генов CRISPR/Cas9, чтобы удалить ген рецептора у эмбрионов самок, сделав рецептор неактивным для PGF2α. «CRISPR/Cas9 революционизирует биологию, — сказал Джунтти. — В принципе, мы теперь можем тестировать функцию конкретных генов у любого изучаемого организма».

Мутантных рыб вырастили вместе с обычными и в период полового созревания наблюдали за их брачным поведением. Мутантные самки показали резкое изменение поведения: в отличие от естественно размножающихся самок и нефертильных рыб, получивших инъекцию PGF2α, они не исполняли «танец вибрации» и не откладывали икру. Фернальд заявил, что это указывает на ключевую роль рецептора PGF2α в размножении.

«Мы считаем, что нашли ключевой генетический компонент, регулирующий размножение определённым образом, — сказал Фернальд. — Он влияет на поведение, но что важнее — влияет на сам акт откладывания икры».

Следующие шаги работы — понять другие формы поведения, регулируемые этим рецептором. Это открытие даёт представление об эволюции размножения и полового поведения.

У млекопитающих и других позвоночных PGF2α способствует началу родов и материнского поведения. Новое исследование, вместе с другими работами, предполагает, что сигналинг PGF2α имеет общую предковую функцию, связанную с рождением и сопутствующим поведением.

«Теперь, когда мы определили этот рецептор, — сказал Джунтти, — мы можем разобраться с другими компонентами нейронных цепей мозга, контролирующих социальное поведение, и исследовать, как они эволюционировали».