Генетически мужской штамм гигантской водоросли может производить яйцеклетки

Исследователи из Института биологии развития Общества Макса Планка в Тюбингене и их коллеги описали штамм гигантской водоросли, который является генетически мужским, но проявляет фенотипические признаки женского пола. Их результаты проливают свет на молекулярные основы запуска полового развития у этого вида.

Гигантская водоросль, как и большинство животных и многие растения, может быть мужской или женской. Подобно другим бурым водорослям, её репродуктивный цикл имеет две стадии: спорофиты — это то, что в основном видно, они образуют обширные подводные леса. Клетки спорофитов несут как женские (U), так и мужские (V) половые хромосомы. Дифференциация пола начинается на следующей стадии гаметофитов: если эти многоклеточные организмы наследуют от спорофита хромосому U, они становятся самками. Если они обладают хромосомой V, у них развиваются мужские признаки.

Экспрессия аутосомных генов как ключевой фактор полового развития

Исследователям удалось идентифицировать и описать вариант штамма гигантской водоросли с мужской V-хромосомой, который, несмотря на отсутствие U-хромосомы, удивительным образом проявляет себя в основном как женский. «Генетически мужская водоросль почти неотличима от женской и, что самое поразительное, может даже проходить через партеногенез — процесс, обычно исключительный для самок», — говорит ведущий автор исследования Сузана Коэльо.

Коэльо и её команда смогли определить молекулярные механизмы этого явления. Для полового развития важны не только относительно немногие гены в U- и V-специфичных регионах, но и другие гены — аутосомные, расположенные на хромосомах, общих для мужских и женских особей. То, транскрибируются ли эти гены из ДНК в РНК и как часто, имеет решающее значение для того, станет ли водоросль мужской или женской. У «транссексуальной» водоросли паттерны экспрессии этих генов были одновременно феминизированы и демаскулинизированы. Их анализ помог исследователям понять, какую роль играют аутосомные гены и U- или V-специфичные гены. В частности, два V-специфичных гена были резко подавлены; один из них ранее уже подозревался в ключевой роли в мужском половом развитии.

Женский пол, возможно, не является полом «по умолчанию»

Однако переход к женской программе развития неполный: «яйцеклетки» генетического самца не могут производить специфический феромон, необходимый для привлечения сперматозоидов. Таким образом, хотя гигантская водоросль однозначно демонстрирует, что U-хромосома не требуется для запуска женской программы развития, она также показывает её важность. «Раньше мы думали, что женский пол является полом "по умолчанию" у гигантской водоросли и некоторых других бурых водорослей, — подчёркивает Коэльо. — Но оказывается, что без U-специфичных генов водоросль не может производить полностью функциональные яйцеклетки — похоже, что пола "по умолчанию" вообще не существует».

В совокупности результаты впервые показывают, как мужские и женские программы развития могут, по крайней мере частично, быть отделены от идентичности половых хромосом.