Новый тип наследственности описан у инфузорий-туфелек

Передача приобретённых признаков, долгое время считавшаяся устаревшей теорией, вернулась в центр научных дискуссий благодаря развитию эпигенетики. В этом контексте команда из Института биологии Высшей нормальной школы (CNRS/ENS/INSERM) описала, как у инфузорий рода Paramecium типы спаривания передаются из поколения в поколение через неожиданный механизм. Эти типы определяются не последовательностью генома, а малыми РНК, передаваемыми через материнскую цитоплазму, которые специфически инактивируют определённые гены в процессе развития. Таким образом, инфузория может приобрести новый тип спаривания, который будет унаследован её потомством без каких-либо генетических модификаций.

Работа, опубликованная в журнале Nature 7 мая 2014 года, описывает новый механизм, который может управляться естественным отбором и способствовать эволюции видов.

Инфузории-туфельки — одноклеточные эукариотические организмы, являющиеся гермафродитами: во время полового размножения (конъюгации) партнёры обмениваются генетическим материалом. Тем не менее, у них есть два "типа спаривания", называемые E и O. Конъюгация возможна только между разными типами. Ещё в 1940-х годах учёные, такие как Трейси Соннеборн, отмечали, что тип спаривания не передаётся потомству по Менделю: должен был быть задействован новый тип передачи признаков, не зависящий от хромосом, но механизм оставался неясным.

Команда под руководством Эрика Мейера из Института биологии ENS раскрыла этот механизм. Сначала они показали, что различие между типами E и O обусловлено трансмембранным белком mtA. Хотя кодирующий его ген присутствует у обоих типов, он экспрессируется только у особей типа E. Затем учёные выявили механизм инактивации этого гена у особей типа O.

Инфузории имеют два ядра: зародышевый микронуклеус, передаваемый при половом размножении, и соматический макронуклеус (производный от первого), в котором экспрессируются гены клетки. Механизм передачи типов спаривания основан на малых РНК, называемых scnARN, которые производятся во время мейоза. Изначальная функция этих РНК — удалять из макронуклеуса целый ряд генетических последовательностей, называемых транспозонами, которые, подобно интронам, были встроены в гены в ходе эволюции. На первом этапе scnARN сканируют материнский макронуклеус, чтобы идентифицировать последовательности, удалённые в предыдущем поколении, а затем производят те же перестройки в новом макронуклеусе. Однако, неожиданно, этот механизм "очистки" генома также позволяет клетке "заглушать" функциональные гены. У особей типа O вида Paramecium tetraurelia scnARN удаляют промотор гена mtA, блокируя его экспрессию. Таким образом, именно через scnARN, унаследованные от материнской цитоплазмы, а не через определённую генную последовательность, определяется тип спаривания инфузории.

Этот процесс сайленсинга в принципе может затронуть любой ген. Следовательно, теоретически инфузории могут передавать своему половому потомству бесконечно варьируемые версии генома макронуклеуса от одной и той же зародышевой линии. Как и в случае генетической наследственности, этот механизм может вызывать ошибки, которые иногда могут давать потомству селективное преимущество. Другими словами, соматический геном макронуклеуса инфузории может непрерывно эволюционировать и в некоторых случаях позволять краткосрочную адаптацию к изменениям условий окружающей среды. И это может происходить без вовлечения каких-либо генетических мутаций. Такой ламарковский тип наследственности может предложить ранее не предполагавшийся рычаг для естественного отбора.