Исследование начинает разгадывать загадочную эволюцию самцов насекомых без отца

Прочитано: 1327 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Нечасто в названии научного исследования генетические системы описываются как «причудливые». Если только он не из лаборатории адъюнкт-профессора биологии Университета штата Сан-Франциско Скотта Роя, который имеет особую склонность к странной генетике.

В своей последней статье для PNAS ( Proceedings of the National Academy of Sciences ) Рой и его сотрудники представили первые эмпирические доказательства, подтверждающие гипотезу эволюции гаплодиплоидии, необычной системы определения пола, обнаруженной у таких видов, как пчелы, муравьи и осы.

Наиболее известная система определения пола — это система XX/XY, в которой самки, как правило, имеют пару X половых хромосом , а самцы — X и Y. У многих видов (например, у людей) сперматозоид и яйцеклетка — гаплоидные клетки, каждый из них содержит одну копию генетического материала, включая одну половую хромосому, и вместе они создают диплоидную особь с двумя копиями генетического материала. Однако при гаплодиплоидии самки следуют системе яйцеклетки, а самцы возникают только из яйцеклетки. Это означает, что мужчины имеют только половину генетической информации своих коллег-женщин (все от их матери).

«В биологии есть своего рода фундаментальная загадка: откуда берутся странные вещи?» — сказал Рой. «Либо эта странная вещь развилась за один шаг, либо она должна была произойти в виде серии шагов, каждый из которых был принят эволюцией».

Проблема в том, что трудно объяснить эволюционный переход от более привычной системы определения пола к гаплодиплоидии, говорит Рой. Поскольку гаплоидные мужчины имеют меньше генетического материала и не имеют отцовских генов (что снижает генетическое разнообразие ), мы ожидаем, что у них будет меньше шансов на выживание. Так как же виды поддерживают гаплоидных самцов?

Ключ может заключаться во внутригеномных конфликтах (т. е. конфликтах между различными генами внутри индивидуума), которые дестабилизируют генетические системы и способствуют возникновению новых систем (таких как гаплодиплоидия). Согласно этой гипотезе, гены, связанные с Х-хромосомой отца, могут смещать выработку сперматозоидов в сторону производства большего количества Х-содержащих сперматозоидов, что приводит к большему количеству дочерей (ХХ), чем сыновей. Если это так, это может привести к производству гаплоидных самцов, чтобы сбалансировать соотношение самцов и самок. Исследователи подозревают, что это произойдет при наличии более крупной Х-хромосомы.

«Идея о том, что конфликт между генами в одном организме может стимулировать эволюцию, существует уже некоторое время. Но на сегодняшний день эмпирических тестов для этого очень мало или совсем нет», — сказал Рой.

Это потому, что эту гипотезу сложно проверить на известных видах и отличить от других возможных объяснений, добавляет он. Но это не остановило его и его сотрудников.

Они секвенировали весь геном темнокрылых грибных комариков, галлиц/комариков и ногохвостов, чтобы решить некоторые из своих экспериментальных задач. Эти виды по существу гаплодиплоидны, но это позволит исследователям отделить гипотезу конфликта от других предложенных гипотез.

Анализ показал, что у этих видов действительно очень большие Х-хромосомы по сравнению с родственными диплоидными видами. Их большие Х-хромосомы занимали от 16% до 66% генома вида .

«Обычно от 1 до 5% генома приходится на Х-хромосому, но в этих системах это почти половина генома. Это очень большая и очевидная разница», — сказала первый автор Ноэль Андерсон, Калифорнийский университет, доктор философии Мерсед. . студент в лаборатории Роя. (Рой имеет второстепенную должность адъюнкт-профессора в Калифорнийском университете в Мерседе.)

«Важно то, насколько четкими являются данные», — объясняет Рой. «Мы говорим здесь о десятках миллионов лет эволюции, может быть, сотнях. И увидеть эту четкую закономерность в данных биоинформатики почти неслыханно», — добавил он.

Эти данные подтверждают идею о том, что внутригеномные конфликты могут управлять эволюцией новых биологических систем, говорит Рой. Он благодарит культуру SF State за то, что она воодушевила его на реализацию этого сложного проекта.

«У меня никогда бы не развились навыки или уверенность, чтобы мы могли двигаться в этом [исследовательском] направлении, и поэтому это своего рода дань уважения штату Сан-Франциско», — сказал Рой. «Я чувствую здесь большую интеллектуальную свободу».

Андерсон, который сначала работал с Роем летом 2014 года в качестве исследователя исследовательского опыта Национального научного фонда штата Сан-Франциско для студентов, вернется в университет после выпуска в качестве лектора, преподавающего биоинформатику.

Исследование начинает разгадывать загадочную эволюцию самцов насекомых без отца



Новости партнеров