Эволюция: Плодовые мушки нашли два пути к одной цели

Плодовые мушки нашли как минимум два решения проблемы сортировки своих половых хромосом — вопроса жизни и смерти.

Определение пола у животных часто зависит от неравного распределения специфических хромосом. Клетки самок обычно имеют две X-хромосомы, а клетки самцов — одну X и одну Y. Последняя, наследуемая от отца, содержит гораздо меньше генов, чем X. В клетках самцов плодовой мушки Drosophila компенсируется наличие только одной X-хромосомы за счёт увеличения уровня экспрессии всех её генов в 2 раза. Этот феномен, известный как дозовая компенсация, требует, чтобы X-хромосома у самцов регулировалась иначе, чем все остальные. Команда молекулярных биологов из Биомедицинского центра Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене под руководством профессора Петера Беккера показала, что за 40 миллионов лет представители рода Drosophila открыли как минимум два разных способа осуществления этого жизненно важного различия.

"Учитывая важность дозовой компенсации, можно было ожидать, что принципы специфического распознавания X-хромосомы у самцов будут высококонсервативны, то есть процесс должен работать практически одинаково у всех видов Drosophila. Однако, сравнив два вида — Drosophila melanogaster и Drosophila virilis, — мы к своему удивлению обнаружили, что они используют для этого разные механизмы", — говорит Беккер.

При этом ключевые компоненты дозовой компенсации — белки MSL2 и CLAMP, а также некодирующая РНК roX — присутствуют у обоих видов. Следовательно, их общий предок, вероятно, уже обладал генами, кодирующими эти продукты.

Виды разошлись около 40 миллионов лет назад и с тех пор эволюционировали параллельно. Новое исследование показывает, что за это время медиаторы дозовой компенсации и их сайты связывания на X-хромосоме эволюционировали по-разному. В результате изменилось относительное влияние компонентов и их взаимодействие.

• У D. melanogaster увеличилось количество копий определённых последовательностей ДНК на X-хромосоме. Параллельно ДНК-связывающий домен белка MSL2 приобрёл способность распознавать эти последовательности, и теперь они играют критическую роль в идентификации X-хромосомы у этого вида.
• У D. virilis, напротив, амплификации этих последовательностей не произошло. Их распознавание белком MSL2 поэтому в гораздо большей степени зависит от его взаимодействия с белком CLAMP, чем в случае D. melanogaster, — даже несмотря на то, что белок CLAMP может связываться и со многими последовательностями на других хромосомах.

"Мы предполагаем, что некодирующая РНК roX ингибирует связывание MSL2 на этих сайтах", — говорит Беккер.

Таким образом, исследование раскрыло новую роль для этой РНК. До сих пор учёные полагали, что roX задействована не на этапе распознавания последовательности, а на более поздней стадии процесса дозовой компенсации.

Эти выводы имеют интересные эволюционные следствия.

"По мере того как половые хромосомы продолжают диверсифицироваться, появление альтернативных, но одинаково эффективных решений проблемы балансировки активности генома демонстрирует, что эволюция — не детерминированный процесс", — заключает Беккер.