Новое исследование проливает свет на гены Hox, ответственные за развитие светящегося органа светлячков
Новая работа впервые описывает генетическую основу развития уникального морфологического новшества — светящегося органа (фотического органа) светлячков. Исследование показывает, как эти жуки используют древние и высококонсервативные регуляторные гены Hox для формирования своего "фонарика".
Роль генов Hox в формировании новшеств
- Гены Hox известны своей ролью в определении основных планов строения тела у животных (например, отделов тела насекомых или позвонков у млекопитающих) и спецификации конечностей.
- Исследование Мэтью Стэнсбери и Армина Мочека (Университет Индианы) демонстрирует беспрецедентную роль двух генов Hox в эволюции совершенно нового, сложного органа, не имеющего аналогов — светящегося органа светлячков.
- Это один из немногих примеров, показывающих, что гены Hox могут быстро приобретать новые функции, не нарушая старых.
Ключевые открытия о генах abd-A и Abd-B
Эксперименты с подавлением функции каждого из двух генов Hox — abdominal-A (abd-A) и Abdominal-B (Abd-B) — у светлячков (семейство, включающее около 2000 видов) показали:
- Оба гена необходимы для правильного формирования взрослого фотического органа.
- Ген Abd-B был критически важен для всех аспектов формирования органа, что указывает на эволюцию новых, специфичных для "фонарика" регуляторных взаимодействий.
- Abd-B подавляет пигментацию брюшка в области фотических органов, создавая прозрачную кутикулу, которая позволяет свету выходить из тела.
- У большинства насекомых шестой и седьмой абдоминальные сегменты контролируются геном abd-A, а не Abd-B. Однако именно эти сегменты содержат "фонарик" у светлячков. Это говорит о возможном переднем расширении области функционирования гена Abd-B, что является важным открытием, учитывая обычно строгие и консервативные границы активности генов Hox.
Контекст и перспективы
- Это исследование — еще один пример в работе Армина Мочека, показывающий, что инновации, опосредованные генами Hox, могут быть более распространены, чем принято считать. Ранее в его лаборатории было показано, что позиционирование и рост рогов жуков (другого новообразования) регулируется геном Hox Sex-combs-reduced.
- Гены Hox имеют особое отношение к Университету Индианы: ДНК-последовательность homeobox (сокращенно Hox) была открыта в 1983 году студентами в лаборатории заслуженного профессора биологии IU Тома Кауфмана.
Будущие направления исследования, по словам Мочека, включают определение генов-мишеней, с которыми взаимодействуют abd-A и Abd-B, изучение точного времени и места активности этих генов, а также понимание того, как взрослый орган эволюционировал из более простой личиночной структуры, расположенной на другом сегменте.