Ученые нашли ключ к различиям в размерах между видами

Исследование крошечных ос-наездников рода Nasonia может объяснить, как разные виды приобретают различия в размере и форме. Это открытие способствует лучшему пониманию регуляции роста клеток и причин некоторых заболеваний.

Биологи из Рочестерского университета, используя крылья этих насекомых как модель, обнаружили, что различия в размере крыльев у самцов близкородственных видов связаны с изменением экспрессии гена-регулятора клеточного роста под названием «unpaired» (upd). Этот ген отдаленно родственен классу человеческих генов — интерлейкинам, которые влияют на рост и специализацию клеток. Открытие иллюстрирует принцип, согласно которому животные — от насекомых до человека — часто используют один и тот же «генетический инструментарий», несмотря на огромные биологические различия. Результаты опубликованы в журнале Science.

Профессор Джон (Джек) Веррен и аспирант Дэвид Лёлин выделили ген, ответственный за различие в крыльях, с помощью метода позиционного клонирования. Они скрестили ос N. giraulti (с большими крыльями) и N. vitripennis (с маленькими крыльями), получив гибридов со смешанными хромосомами. Затем потомство с самыми крупными крыльями скрещивали с чистыми N. vitripennis в течение десяти поколений, пока не получили чистую линию N. vitripennis с одной ключевой особенностью: у этих ос была ДНК, кодирующая большие крылья. Далее ученые «разбили» изолированный генетический материал на части, чтобы исследовать, как прилегающие к гену участки ДНК влияют на его регуляцию и рост крыльев.

«NIH уже поддержал секвенирование геномов этих ос, так что у нас были необходимые инструменты для работы», — отметил Веррен. Исследователи выяснили, что изменение размера крыльев вызвано не мутацией в самом гене, а изменением его регуляции.

«Последовательность ДНК рядом с геном контролирует, где именно в крыле ген включается или выключается, — пояснил Лёлин, первый автор работы. — Это один из первых случаев, когда ученые обнаружили генетический материал, ответственный за естественные различия в росте у животных».

Нормальная регуляция роста необходима для развития организма, а ее нарушения приводят к заболеваниям, включая рак. «Эта работа — еще один яркий пример того, что регуляция активности генов вносит вклад в невероятное разнообразие жизни на Земле, — сказала Сьюзан Хейнс, доктор философии, курирующая гранты по биологии развития в Национальном институте общих медицинских наук NIH, который частично финансировал исследование. — В данном случае изменение активности гена клеточного роста меняет форму и размер крыла осы. Поскольку насекомые и люди используют сходные генетические сети для формирования органов, это исследование может помочь нам лучше понять наше собственное развитие и глубинные причины некоторых заболеваний».

Осы Nasonia становятся модельным насекомым для исследований, потому что самцы у них гаплоидны (имеют один набор хромосом), а самки — диплоидны (два набора). Поскольку у самца данный признак контролируется одним геном (без учета доминантности или рецессивности), физические изменения проявляются у них быстрее от поколения к поколению.