Трансгендерные водоросли раскрывают эволюционное происхождение полов
Открытие у многоклеточной зелёной водоросли Volvox carteri выявило генетическое происхождение мужского и женского полов, показав, как они эволюционировали из более примитивной системы спаривания у одноклеточного родственника.
Команда учёных под руководством Джеймса Юмена, доктора философии, определила главный регуляторный ген определения пола у Volvox. Они обнаружили, что он приобрёл новые функции по сравнению с родственным геном у близкого одноклеточного родственника — водоросли Chlamydomonas reinhardtii, у которой нет физически различимых (диморфных) полов. Результаты опубликованы в открытом журнале PLOS Biology 8 июля.
- У растений и животных наличие мужских и женских гамет — норма, и различия между ними очевидны (маленькие подвижные сперматозоиды и крупные яйцеклетки).
- Однако эволюционное происхождение полов неясно, потому что далёкие одноклеточные родственники многоклеточных видов обычно имеют не полы, а типы спаривания. При этой системе гаметы одного типа могут сливаться только с гаметами другого типа, но клетки каждого типа неразличимы по размеру и морфологии.
В отличие от растений и животных, чьи одноклеточные предки очень далеки, мужской и женский пол у Volvox эволюционировали относительно недавно из типов спаривания у предка, похожего на Chlamydomonas.
Ключевые эксперименты:
- Превращение самок в "самцов": Заставив генетически женские особи Volvox экспрессировать ген MID, команда преобразовала то, что должно было стать яйцеклетками, в пакеты функциональных сперматозоидов.
- Превращение самцов в "самок": Используя метод инактивации гена RNAi, учёные заблокировали экспрессию MID у генетических самцов, заставив их развиваться с функциональными яйцеклетками вместо пакетов сперматозоидов.
- Скрещивание: Полученные "трансгендерные" штаммы успешно скрещивались между парами генетически мужских или генетически женских особей Volvox.
- Ген Chlamydomonas MID не смог заменить ген Volvox MID, что указывает на приобретение новых функций.
Открытие главного регуляторного гена для полов и типов спаривания в этой группе зелёных водорослей показывает, что эти две формы размножения имеют общее генетическое происхождение. Это позволяет предположить, что аналогичный эволюционный сценарий может лежать в основе происхождения полов у животных, растений и других многоклеточных линий.
Практическое значение для биотехнологии: Понимание полового размножения у водорослей важно для селекции улучшенных штаммов, используемых в качестве сырья для биотоплива. Идентификация консервативного регуляторного гена, контролирующего пол и спаривание, может дать ключи к управлению полом у других родственных групп водорослей, применяемых в биотехнологии.