Учёные раскрыли, как организм Tetrahymena выбирает один из семи полов с помощью генетической рулетки
Более 50 лет назад было обнаружено, что одноклеточный организм Tetrahymena thermophila имеет семь полов (типов спаривания). Однако механизм определения пола клетки оставался неизвестным. Новое исследование, опубликованное 26 марта в журнале PLOS Biology, раскрывает этот процесс.
Команда биологов из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) совместно с коллегами из Института гидробиологии Китайской академии наук и Института Крейга Вентера идентифицировала гены, определяющие тип спаривания у Tetrahymena. Учёные обнаружили необычный процесс перестройки ДНК, необходимый для определения пола у этого организма. Это открытие может иметь значение для медицины человека — от проблем тканевой трансплантации до рака, включая аллораспознавание (способность отличать собственные ткани от чужих).
Механизм генетической рулетки
Исследование показало, что у этого многополого одноклеточного организма пол потомства случайным образом определяется в результате серии операций «вырезать и вставить» в геноме. Эти события рекомбинации собирают одну полную пару генов и удаляют все остальные.
«Мы нашли пару генов, которые имеют специфическую последовательность, различную для каждого типа спаривания, — пояснил Эдуардо Ориас, почётный профессор UCSB. — Это очень похожие гены, явно родственные, восходящие к общему предку, но они стали разными. И каждая пара отличается специфическим образом, который определяет тип спаривания клетки».
Два ядра и случайный выбор
Каждая клетка Tetrahymena обладает двумя ядрами:
- Герминативное ядро — хранит генетическую информацию для потомства (аналог яичников или семенников у человека).
- Соматическое ядро — «рабочая копия», где активно считываются гены.
Пол определяется во время спаривания, когда оплодотворение приводит к образованию новых герминативного и соматического ядер на основе вклада герминативных ядер каждого из родителей.
Учёные обнаружили, что герминативное ядро содержит тандемный массив схоже организованных, но неполных пар генов — по одной для каждого типа спаривания (в использованной линии клеток их было шесть). В новом соматическом ядре собирается единственная полная пара генов: ДНК-сегменты с концов этого массива соединяются с одной из шести неполных пар, а остальные пять удаляются. Эта точная, но случайная перестройка оставляет новой клетке ровно одну пару генов и, следовательно, один тип спаривания.
«Тип спаривания "родителей" не оказывает никакого влияния на пол потомства, — подчеркнул Ориас. — Это совершенно случайно, как если бы у них было рулеточное колесо с шестью числами, и то, куда упадёт шарик, они и получают. По случайности потомство может иметь тот же тип, что и родители, но это лишь случайность. Это захватывающая система».
Значение для науки и медицины
«Лучшее понимание этого процесса у Tetrahymena в конечном итоге может быть полезно для медицины, — отметил Ориас. — У Tetrahymena примерно столько же генов, сколько в геноме человека. Для тысяч этих генов можно распознать сходство последовательностей с соответствующими генами в геноме человека, выполняющими ту же биологическую функцию. Именно это делает её ценным организмом для исследования важных биологических вопросов».