Университеты Индианы биологи Teiya Kijimoto, Justen Andrews и Armin Moczek говорят, что пришло время для удваивания, главного регулятора ген на конце пути определения пола, который навязывает половое развитие женского и мужского пола у плодовых мух, медоносных пчел, шелковых молей и осы.
В новых исследованиях, только что опубликованных в Трудах Национальной академии наук, которые исследуют структуру, выражение и функцию гена удваивания или гена dsx у рогатых жуков, команда значительно расширяет то, что ученые знают о диапазоне эволюционных и эволюционных изменений опосредуемый этим геном.
У рогатых жуков развитие рогов обычно ограничено самцами, которые используют рога как оружие в бою для женщин, у которых нет рогов.
Моцек и его коллеги обнаружили, что dsx регулирует половозрелую экспрессию рогов, способствуя ее у мужчин, но ингибируя ее у женщин. Тем не менее, все стало более сложным в подгруппе видов, в которых мужчины представлены в двух вариантах: сытые самцы развиваются в крупных взрослых рогатых взрослых, которые сражаются, тогда как плохо кормят самцы, превращаются в маленьких безропотных взрослых, которые скрывают совокупления. Опять же, Moczek и его коллеги обнаружили, что dsx регулирует развитие рогов, но на этот раз в ответ на пищевые условия, а не на генетический секс.
Наконец, они идентифицировали обратные и новые функции, выполняемые dsx у второго вида, который развил редкий обратный половой диморфизм.
«При описании генетической регуляции половых различий у рогатых жуков мы обнаружили, что эта регуляция снова используется для гибкого создания альтернативных морфологий в рамках одного пола, мужчин, и эти компоненты претерпели драматическую диверсификацию, чтобы обеспечить эволюцию редкие виды с обратным половым диморфизмом – женщины с большими рогами, которые отсутствуют у самцов одного и того же вида », – сказал Мочек, доцент кафедры биологии колледжа искусств и наук IU.
У одного вида Onthophagus taurus мужская изоформа dsx способствовала росту рога, тогда как женская изоформа одного и того же гена ингибировала рост. Isoforms, в данном случае, представляют собой разные формы белка, кодируемого одним и тем же геном. Было обнаружено, что те же самые специфические для пола функции, определяющие dsx-регулирующий рог, изменяются, а также модифицируются у родственных видов рогатых жуков Onthophagus sagittarius.
Дальнейшее расширение сферы охвата результатов было доказательством того, что пищевые условия могут влиять на экспрессию двойного выражения.
«Возможно, это была самая захватывающая часть, – сказал Мочек. «Мы нашли сильную поддержку, которая продвигает этот механизм развития, который организует развитие, специфичное для пола, в совершенно новое царство, что является зависимым от питания развитием различных мужских морфологий».
Когда экспрессия dsx была исследована при разработке роговых и нетронутых тканей у крупных и мелких самцов и самок, экспрессия мужских изоформ dsx была значительно выше в ткани рога крупных самцов, которые испытали резкий рост из-за увеличения питания, в то время как низкий уровень рога ткани мелких самцов. У женщин экспрессия женской изоформы dsx оставалась более однородной в обоих типах тканей. Более того, экспериментальное манипулирование функцией dsx влияло только на развитие рога в крупном рогатом морпе, но развитие левого рога у более мелких самцов в значительной степени неповрежденным.
Moczek сказал, что результаты показывают, что ген удваивания является ключевым посредником разнообразия на по меньшей мере четырех уровнях: внутри индивидуумов он позволяет некоторым типам тканей или регионам тела проявлять сексуальную идентичность, тогда как другие, по-видимому, остаются сексуально недифференцированными; среди индивидуумов одного пола, мужчины в этом случае, dsx позволяет зависящую от окружающей среды разработку признаков в одном мужском морфологическом отношении, но не в другом; по признаку пола, это облегчает половую специфическую разработку или торможение признаков; и, наконец, через виды он позволяет быстро эволюционные расхождения в том, какие черты развиваются и в каком полу.
«Те же самые или очень похожие механизмы регулирования работают в самых разных организмах, что делает эти результаты широко применимыми и актуальными», – отметил Мочек. «Например, тесно связанный ген имеет ту же функцию у нематод, а гены с подобными доменами регулируют развитие секса у позвоночных».
Соавторами с Моклеком были ассистент профессора биологии Юст Эндрюс и аспирант Тея Киджимото. Финансирование работы осуществлялось Национальным научным фондом.