Пивные дрожжи раскрывают секреты хромосомной войны и дисфункции
Исследователи из Онкологического исследовательского центра Фреда Хатчинсона, используя два вида дрожжей, веками применявшихся для приготовления чая и пива, выяснили, как могут быстро возникать репродуктивные барьеры, создающие границы между видами. Schizosaccharomyces pombe использовался для пивоварения в Африке, а его близкий родственник S. kombucha является компонентом чайного гриба (комбучи), распространённого в магазинах здорового питания.
Команда под руководством доктора Сары Зандерс из Отдела фундаментальных наук центра обнаружила, почему гибриды между этими дрожжами (обычно называемыми дрожжами деления) почти полностью стерильны, несмотря на 99,5% идентичность на уровне ДНК.
Исследование, опубликованное в этом месяце в открытом журнале eLife, показало, что у удивительно быстрого наступления бесплодия есть две основные причины.
- Перестройки генома ограничивают способность гибридов производить потомство с полным набором генов.
- Три гена мейотического драйва серьёзно снижают фертильность гибридов. Гены мейотического драйва — это «эгоистичные гены», которые сохраняются и распространяются в популяциях, обманывая процесс полового размножения для повышения собственной передачи. Зандерс и коллеги нашли доказательства существования трёх независимо действующих мейотических драйверов, которые, по-видимому, каким-то образом убивают клетки, их не унаследовавшие. Их совместное действие почти полностью лишает гибриды фертильности.
«И изменения в структуре генома, и мейотические драйверы часто наблюдаются у других организмов, включая человеческие популяции, — сказала Зандерс, — но наша способность обнаруживать и полностью понимать их биологию значительно улучшена на генетических модельных организмах, таких как дрожжи деления».
Исследователи также обнаружили, что два вида и их гибриды сильно различаются по склонности к анеуплоидии — аномальным хромосомным конфигурациям. Такая анеуплоидия часто наблюдается при раковых заболеваниях у человека и является основной причиной врождённых дефектов, таких как синдром Дауна. «Разработанная нами модель предоставляет захватывающую возможность раскрыть причины, лежащие в основе генетической предрасположенности к анеуплоидии», — отметила Зандерс.
Работа также демонстрирует уникально совместную научную атмосферу в центре. Зандерс консультировали доктор Джеральд Смит, чья лаборатория изучает рекомбинацию и мейоз у дрожжей деления, и доктор Хармит Малик, чья лаборатория изучает эволюционные генетические конфликты и видообразование. Хотя эта атмосфера предоставила лучшую возможность для новых открытий, Малик и Смит также отметили способность Зандерс объединить сильные стороны обеих лабораторий для успеха проекта.
«Несмотря на то, что видообразование — одна из самых интригующих проблем в биологии, которую даже Дарвин назвал "тайной из тайн", наша способность понять, как образуются новые виды, будет значительно усилена новыми модельными системами, в которых мы сможем полностью понять генетическую и молекулярную основу дисфункции гибридов, — сказал Малик. — Перспектива использования этих открытий для понимания генетической основы хромосомной дисфункции и болезней человека захватывает, и это предсказуемый результат таких фундаментальных исследований».