Появление мужских и женских признаков в развитии рогов жуков

Самцы японского жука-носорога Trypoxylus dichotomus, обитающего на главном острове Японии, имеют большие рога, которые используются как оружие в борьбе с другими самцами за самок. Учёные искали механизм развития, создающий эти рога. Для этого исследовательская группа из Национального института фундаментальной биологии в Японии определила гены, отвечающие за определение пола у жука-носорога, и смогла установить время появления половых различий в зачатках рогов.

Член исследовательской группы доктор Шиничи Морита отметил: «В отличие от модельного животного Drosophila, у нас не было никакой базовой информации об этих жуках, например, об их стадиях развития. Кроме того, поскольку личинки и куколки живут в почве, наблюдать за их развитием было особенно сложно». Поэтому доктор Морита разработал метод выращивания, охватывающий позднюю личиночную стадию жука вплоть до взрослой особи, с использованием пластиковых трубок, но без почвы. Затем он записал на видео несколько недель процесса превращения личинок жука в куколок и искал признаки начала предкуколочной стадии.

«Мы обнаружили, что поведение "раскачивания головой" было признаком начала предкуколочной стадии», — сказал доктор Морита. Используя это как точку отсчёта, исследовательская группа смогла создать временную шкалу формирования рогов. В результате стало ясно, что морфологические различия между самцами и самками в зачатках рогов появляются примерно через 36 часов после этой точки отсчёта.

Далее, ссылаясь на механизм определения пола у Drosophila, они исследовали, как определяется пол жука. Команда впоследствии выяснила, что пол жука контролируется геном под названием Transformer. Они обнаружили, что когда экспрессия этого гена подавляется на личиночной стадии, у самок жука формируются рога, похожие на мужские.

После этого открытия исследователи искали границу между временем, когда рог ещё может вырасти при подавлении гена transformer, и временем, когда он уже не может. Для этого они подавляли этот ген у личинок самок с помощью RNAi, взятой с различных стадий развития от личинки до куколки. В конечном итоге им удалось определить момент появления полового диморфизма этого рога.

Руководитель исследовательской группы профессор Теруюки Ниими сказал: «Время, когда ген, вызывающий половые различия в формировании рога, начинает действовать, составляет около 29 часов после базовой точки начала предкуколочной стадии. Основываясь на этом открытии, мы хотим прояснить детали генной сети формирования рога».

Результаты этой работы были опубликованы 10 апреля 2019 года в журнале PLOS Genetics.