Учёные раскрыли эволюцию хромосом у мух

Исследователи из Университета штата Северная Каролина выявили ген, критически важный для выживания самцов у опасного вредителя сельского хозяйства — австралийской падальной мухи (Lucilia cuprina). Это открытие проливает свет на эволюцию хромосом и может иметь значение для генетических методов борьбы с вредителями.

Связь между хромосомами

Исследование, опубликованное 7 июня в журнале Current Biology, показало, что из 59 генов на X-хромосоме Lucilia cuprina 49 совпадают с генами на четвёртой хромосоме плодовой мушки Drosophila melanogaster. Это подтверждает гипотезу о том, что четвёртая хромосома Drosophila произошла от древней половой X-хромосомы.

Механизм компенсации дозы

Большинство этих генов регулируется механизмом компенсации дозы, который уравнивает экспрессию генов между самцами (у которых одна X-хромосома) и самками (у которых две). У Drosophila активность генов на X-хромосоме самца примерно вдвое выше, чем у самки. Ключевую роль в этом процессе у Drosophila играет РНК-связывающий белок POF (painting of fourth).

Ген «no blokes» (NBL)

Учёные предположили, что у Lucilia может существовать аналогичный POF белок, регулирующий гены на X-хромосоме. Используя систему редактирования генов CRISPR/Cas9, они «выключили» родственный ген, который назвали NBL (no blokes).

Результат был поразительным:

  • Самцы с отключённым геном NBL погибали, не достигнув взрослой стадии (вероятно, на стадии куколки).
  • Самки с таким же изменением оставались полностью жизнеспособными и фертильными.

По мнению исследователей, гибель самцов, вероятно, связана с тем, что без NBL они не могут удвоить экспрессию генов, сцепленных с X-хромосомой, что необходимо для их выживания.

Значение для науки и сельского хозяйства

Это открытие не только углубляет понимание эволюции хромосом, но и открывает перспективы для борьбы с вредителями.

Если дальнейшие исследования подтвердят, что потеря NBL минимально влияет на жизнеспособность самок, то генный драйв на основе Cas9, нацеленный на NBL в зародышевой линии самок, может стать эффективным методом контроля численности:

  • Австралийской падальной мухи
  • Новосветского вольфартова мухи
  • Средиземноморской плодовой мухи

Эти виды ежегодно наносят многомиллионный ущерб сельскому хозяйству.