Секреты метаморфоза: исследование выявило модель экспрессии генов при развитии мух
Учёные изучили динамику экспрессии генов во время метаморфоза у двух видов мух. Исследование, опубликованное в Genome Biology and Evolution, направлено на выявление закономерностей изменения активности генов в ходе развития насекомых с полным превращением — от яйца к личинке, куколке и взрослой особи. В работе участвовали исследователи из Сколтеха, Института биологии развития им. Н. К. Кольцова РАН и Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН.
В новом исследовании учёные изучили, как меняется уровень активности генов на разных стадиях развития двух видов мух — Drosophila melanogaster и Drosophila virilis.
«В нашей предыдущей работе мы показали, что метаморфоз похож на эмбриогенез — то есть развитие организма от оплодотворённой яйцеклетки до полностью сформированного эмбриона», — сказала Александра Озерова, ведущий автор статьи и аспирант программы «Науки о жизни» Сколтеха.
«Оба процесса связаны с формированием органов и тканей, поскольку во время метаморфоза происходит значительная перестройка от личинки к взрослой особи. Во время эмбриогенеза гипотеза песочных часов предполагает, что разные виды демонстрируют поразительное сходство на средней стадии развития, образуя "узкую горловину", где паттерны активации генов сходятся. Мы проверили, применима ли эта гипотеза к метаморфозу».
Результаты исследования показали совершенно иную картину — динамика активности генов напоминает не песочные часы, а веретено. Вместо узкой точки сходства между видами разнообразие со временем увеличивается.
«Мы провели эксперименты по RNA-секвенированию для обоих видов дрозофил, собирая образцы на разных стадиях жизненного цикла: эмбрионы, личинки, различные стадии куколки и взрослые особи. Для анализа использовали биоинформатические методы», — добавил соавтор исследования, профессор Михаил Гельфанд, вице-президент по биомедицинским исследованиям Сколтеха.
«Мы обнаружили, что гены, появившиеся относительно недавно в эволюции насекомых, начинают активно экспрессироваться в середине кукольной стадии, и их уровень экспрессии резко возрастает. Можно предположить, что они помогают организму осуществить необходимые физиологические преобразования, ведущие к взрослой стадии».
Насекомые с полным циклом превращения более эволюционно успешны — к ним относятся самые многочисленные по количеству видов группы (например, жуки, комары, мухи, пчёлы, муравьи, бабочки). Многие из них оказываются вредителями.
Более глубокое понимание биологических процессов на разных стадиях развития открывает новые перспективы для разработки эффективных мер борьбы с ними. Знание специфики экспрессии генов может привести к созданию препаратов, нацеленных на уязвимые стадии развития насекомых.