Раскрыта тайна эволюции самцов насекомых без отцов

В новом исследовании лаборатории профессора Скотта Роя из Университета штата Калифорния в Сан-Франциско представлены первые эмпирические данные, подтверждающие гипотезу о происхождении гаплодиплоидии — необычной системы определения пола у пчел, муравьев и ос.

Что такое гаплодиплоидия?

  • При знакомой XX/XY-системе самки и самцы развиваются из диплоидной зиготы (яйцеклетка + сперматозоид).
  • При гаплодиплоидии самки развиваются из оплодотворенных яиц (диплоидны), а самцы — из неоплодотворенных (гаплоидны). У таких самцов весь геном наследуется только от матери.

Эволюционная загадка

Переход от обычной системы к гаплодиплоидии сложно объяснить: гаплоидные самцы имеют меньше генетического материала и лишены отцовских генов, что снижает их шансы на выживание. Почему же такая система сохранилась?

Ключевая гипотеза: внутригеномный конфликт

Эволюцию гаплодиплоидии может двигать внутригеномный конфликт — противоречие интересов разных генов внутри одного организма. Гены, сцепленные с X-хромосомой отца, могут влиять на производство сперматозоидов, увеличивая долю несущих X-хромосому. Это приводит к рождению большего числа дочерей (XX). В ответ эволюция могла "запустить" производство гаплоидных самцов, чтобы восстановить баланс полов. Для этого требуется наличие крупной X-хромосомы.

Проверка гипотезы

Чтобы проверить эту идею, команда секвенировала полные геномы трех видов насекомых с гаплодиплоидной системой:

Результаты: гигантская X-хромосома

Анализ показал, что у этих видов X-хромосома аномально велика по сравнению с родственными диплоидными видами:

  • Размер X-хромосомы составляет от 16% до 66% всего генома вида.
  • В типичных системах (например, у человека) на X-хромосому приходится лишь 1–5% генома.

"Мы говорим о десятках, а может, и сотнях миллионов лет эволюции. Увидеть настолько четкую закономерность в биоинформатических данных — почти беспрецедентно", — отмечает Скотт Рой.

Это открытие поддерживает гипотезу о том, что внутригеномные конфликты могут быть движущей силой эволюции новых биологических систем, таких как гаплодиплоидия.

2022-07-01