Роль генов в формировании пола у древних ракообразных
Исследователи из Университета Осаки изучили, как ген doublesex1 отвечает за развитие мужских признаков у ветвистоусых рачков Daphnia magna и как на его работу влияет окружающая среда. Эти работы проливают свет на эволюцию полового диморфизма.
Ключевые механизмы определения пола
- Генетическое определение пола (GSD) и определение пола средой (ESD) — два основных пути.
- Daphnia magna в норме размножаются бесполым путём, производя только самок.
- В условиях стресса (например, нехватки пищи) они используют ESD для производства самцов, чтобы перейти к половому размножению.
Исследование 1: Пространственная и временная экспрессия гена
- С помощью редактирования генов TALEN учёные присоединили флуоресцентный маркер к гену doublesex1.
- Это позволило в реальном времени наблюдать, когда и где в эмбрионе включается этот ген.
- Экспрессия doublesex1 у самцов длится значительно дольше, чем у самок.
- Развитие мужских признаков было разбито на шесть стадий, включая две новые: инвагинацию стомодеума и миграцию кумулюса.
«Наши результаты предполагают, что ген doublesex1 работает специфично по времени и месту. Он включается только тогда и там, где это необходимо», — говорит профессор Ватанабэ.
Исследование 2: Регуляция гена фактором среды
- Учёные обнаружили, что за включение doublesex1 отвечает транскрипционный фактор Vrille.
- Vrille чувствителен к экологическому стрессу.
- Подавление Vrille в эмбрионах, развивающихся в самцов, или его искусственная активация в эмбрионах-самках приводило к появлению признаков противоположного пола и изменяло экспрессию doublesex1.
Эволюционный контекст
- Большинство эмбрионов в эксперименте погибло, так как Vrille важен и для других биологических функций.
- Данные ясно показали, что Vrille активирует транскрипцию doublesex1 через механизм кооптации генов — эволюционный процесс, когда гены приобретают новые функции.
- У людей нет гена Vrille, но есть его ортолог — E4BP4/NFLIL3. Изучение этого процесса у Daphnia magna может дать понимание эволюции данного гена у человека.
Вывод: Daphnia magna с её древним происхождением и уникальной половой системой является перспективной моделью для изучения эволюции полового диморфизма, дополняя данные, полученные на классических моделях, таких как мыши или Drosophila.