Исследование проливает свет на генетические истоки двух полов
Новое исследование, опубликованное в журнале Communications Biology, пролило свет на самые ранние этапы эволюции дифференциации мужского и женского пола и половых хромосом. Оказалось, что генетические истоки двух полов неожиданно скромны.
Джеймс Юмен, доктор философии, член Института возобновляемого топлива Enterprise Rent-a-Car и выдающийся исследователь имени Джозефа Варнера в Научном центре Дональда Данфорта по изучению растений, вошел в состав исследовательской группы под руководством доктора Хисаёси Нодзаки из Токийского университета. Группа изучала эволюцию мужского и женского полов у пресноводных фотосинтезирующих протистов — зеленых водорослей вольвоксовых. Эта группа хорошо известна ученым как модель для изучения ранних этапов эволюции полов и многоклеточности.
Предыдущие исследования животных и растений выявили общую тенденцию к расширению и дифференциации мужских и женских половых хромосом, часто приводящую к большим генетическим различиям между ними. Однако эти исследования не могли охватить самые ранние стадии эволюции, когда из более простой предковой системы спаривания с равновеликими гаметами (изогамии) впервые возникли различные типы сперматозоидов и яйцеклеток.
Исследовательская группа сосредоточилась на двух особенно информативных и близкородственных многоклеточных видах вольвоксовых из родов Yamagishiella и Eudorina, которые обрамляют переход от изогамии к разделению на мужской/женский пол. Хотя 32-клеточные колонии Yamagishiella и Eudorina очень похожи друг на друга, первая является изогамной, а вторая производит мелкие мужские и крупные женские гаметы. Команда использовала высокопроизводительное секвенирование генома хромосомных областей, определяющих тип спаривания у Yamagishiella и дифференциацию полов у Eudorina, а затем сравнила эти области.
Хотя эволюционная теория предсказывала расширение и/или увеличение генетической сложности области, определяющей пол, в связи с эволюцией полов у Eudorina, результаты исследования показали обратное. У Eudorina оказалась самая маленькая и генетически наименее сложная область определения пола из всех обнаруженных на сегодняшний день среди видов вольвоксовых. По сути, основное различие между мужскими и женскими особями у Eudorina можно свести к наличию или отсутствию одного гена под названием MID, который находится в крошечной хромосомной области.
«Это новое исследование опровергает идею о том, что происхождению полов сопутствовало увеличение генетической сложности половых хромосом», — сказал Юмен. «Более того, работа также имеет практическое значение, поскольку расширяет наше понимание того, как определять типы спаривания и пол у новых видов водорослей, которые мы можем захотеть культивировать в качестве сельскохозяйственных культур для улучшения свойств, связанных с применением в биоэнергетике или биотехнологиях».