Биологи определили генетические пути, связывающие питание и физические признаки вида

Биологи из Университета Индианы значительно продвинулись в понимании генетических путей, которые контролируют появление различных физических признаков у одного вида в зависимости от условий питания во время развития.

В экспериментах с жуками-навозниками рода Onthophagus (Onthophagus taurus) учёные Армин Мочек и Тейя Кижимо определили конкретные генетические пути, управляющие этим решением. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Ключевое открытие

  • Впервые обнаружен набор механизмов, которые активно подавляют или способствуют выработке конкретных признаков у одного вида во время развития в зависимости от точных условий питания.
  • Эти механизмы относятся к сигнальному пути hedgehog (гены hedgehog, patched, smoothened). Этот путь подавляет рост определённых структур (например, рогов) при низком питании на ранних стадиях развития.
  • Ранее та же группа обнаружила, что половой дифференцировочный путь обладает комплементарной функцией — способствует росту, но только при высоком уровне питания.

Значение открытия

  • Совместная работа этих двух путей даёт первое всестороннее генетическое объяснение питательно-зависимого порога развития — явления, которое биологи пытались объяснить очень давно.
  • Этот порог позволяет организмам эффективно создавать альтернативные версии себя, имея лишь один геном.

Примеры в природе

  • У жука Onthophagus taurus самцы вырастают в агрессивных рогатых бойцов (при питании, позволяющем достичь >5 мм), если питание было хорошим, или в безрогих "скрытных" самцов, если питание было скудным.
  • Другие примеры: касты у социальных насекомых (рабочие и матки пчёл), альтернативные формы головастиков, сезонные морфы бабочек, крылатые и бескрылые поколения тлей.

Эволюционный аспект

  • Такие пороги развития сами могут становиться мишенью эволюции. У Onthophagus taurus за последние 50 лет пороговый размер для развития рогов снизился в США из-за ослабления конкуренции самцов. В Западной Австралии, где конкуренция высока, пороговый размер, наоборот, очень велик.

Планы на будущее

Исследователи планируют изучить, как именно пути hedgehog и половой дифференцировки детектируют питание, как один и тот же питательный порог по-разному влияет на разные полы или части тела и как эти пути взаимодействуют с другими путями, чувствительными к питанию (например, инсулиновым сигнальным путём).