Как самцы домашней мухи, производящие яйца, помогают понять эволюцию определения пола

Исследователи из Цюриха, Гронингена и Гёттингена идентифицировали ген, определяющий мужской пол у домашней мухи (Musca domestica), и опубликовали результаты в журнале Science. Это открытие проливает свет на разнообразие механизмов определения пола в природе.

Ген маскулинности

У людей мужской пол определяется Y-хромосомой и геном SRY. У домашних мух в Северной Европе система похожа: самки — XX, самцы — XY, причём Y-хромосома несёт свой собственный ген маскулинности (M-фактор).

Учёные использовали генетические методы для получения однополого потомства мух и поиска генов, активных только у самцов на ранней стадии развития. Был найден ген-кандидат, временное отключение которого на стадии эмбриогенеза приводило к появлению самцов с полностью дифференцированными яйцами. Постоянное нарушение функции этого гена вызывало полное превращение самцов в половозрелых самок.

Новый ген назвали Mdmd (Musca domestica male determiner). Это крупный ген, сильно напоминающий другой, консервативный ген CWC22, присутствующий у всех животных. Mdmd, по-видимому, возник как дупликация CWC22, после чего приобрёл специфическую роль в определении пола. Поскольку CWC22 участвует в регуляции альтернативного сплайсинга РНК — ключевого процесса в определении пола у насекомых — эволюция его копии в ген, определяющий пол, выглядит логично.

Транслокация и новые половые хромосомы

У мух в Южной Европе нет Y-хромосомы с M-фактором. Ген маскулинности находится на одной из пяти других хромосом. Такая хромосома называется прото-половой, так как недавно приобрела роль в определении пола. Исследование показывает, что такие новые половые хромосомы могут возникать путём транслокации уже существующих генов, определяющих мужской пол (например, Mdmd), с Y-хромосомы на другую хромосому.

Эволюционное разнообразие

До начала этого исследования ни один ген, определяющий мужской пол, не был идентифицирован у насекомых. Позже такие гены нашли у двух видов комаров, но ген мухи Mdmd не имеет с ними сходства. Это демонстрирует, что определение пола различается даже между видами одного отряда, и подчёркивает, как быстро генетическая программа развития самок или самцов может меняться в ходе эволюции.

Практическое значение

Эти фундаментальные исследования важны не только для понимания эволюции. Знание генетики определения пола у мух может помочь в разработке новых, экологически безопасных методов контроля численности насекомых-вредителей.

Например, Техника Стерильных Насекомых (SIT) уже выигрывает от лучшего понимания определения пола. Это улучшило крупномасштабное промышленное производство стерильных самцов. Выпуск таких самцов в заражённые области в большом количестве приводит к их конкуренции с естественными самцами и в итоге — к краху популяции вредителя. SIT успешно применяется против нескольких видов сельскохозяйственных вредителей и переносчиков болезней.