Пролит свет на происхождение полов

Используя в качестве моделей многоклеточную зелёную водоросль Volvox carteri и её одноклеточного родственника Chlamydomonas reinhardtii, учёные из института Солка (Salk Institute for Biological Studies) исследовали секреты появления различий между женскими и мужскими организмами.

"Вольвокс и его родственники – хорошая модель для изучения эволюции полового диморфизма. Благодаря им мы можем пошагово проследить развитие разницы между полами, что невозможно сделать, исследуя сложные организмы – растения и животных", – говорит глава группы Джеймс Умен (James Umen).

Нынешняя работа предоставляет первое эмпирическое обоснование модели, предполагающей, что двуполые организмы появились благодаря процессу постепенного захвата генов. Последние брали на себя функции по производству мужских и женских клеток (гамет).

"Гаметы одноклеточных, таких как хламидомонады, выглядят одинаково. Многоклеточный вольвокс производит различимые мужские и женские клетки (простейший диморфизм). Но как произошёл этот переход, никто не знает", — поясняет Джеймс. Умен и его команда исследовали генетические коды V. carteri и C. reinhardtii и обнаружили так называемый локус спаривания (mating locus) – аналог X- и Y-хромосом, определяющих пол.

Слева: вегетативная женская колония V. carteri образует сфероид, состоящий из 2-4 тысяч индивидуальных клеток, объединённых одним внеклеточным матриксом. В период бесполого размножения клетки колонии производят новые повторяющимся делением. Справа: мужская колония. В период полового размножения мужские клетки V. carteri производят пакеты спермы, в каждом из которых 64 или 128 половых клеток. Эти группы, двигаясь как единое целое, достигают женского сфероида, где распадаются, чтобы оплодотворить женские клетки (фото Umen laboratory/Salk Institute for Biological Research).

Локус более сложного V. carteri был в пять раз длиннее такового у хламидомонад (при этом часть генов в локусах были одинаковыми). Откуда взялись дополнительные гены? Чуть позже выяснилось, что некоторые из них присутствуют и у C. reinhardtii, только не в локусе спаривания, а рядом с ним. Получается, что многоклеточный организм "нанял их на работу" в половом размножении.

"До сих пор считалось, что половые хромосомы – это области постоянного разрушения, потери генов, не используемых для полового размножения, — рассказывает в пресс-релизе Умен. – Мы же увидели регионы, в которых происходит быстрый набор и переподготовка нового генетического материала".

Микробиологи также взялись за изучение локуса спаривания "переходного звена" между хламидомонадами и вольвоксом – гониума (Gonium), в колонии этих водорослей обычно 4-16 клеток (фото Entwisle et al.).

Сейчас биологи изучают эти новоприобретённые гены локуса V. carteri, чтобы понять роли каждого из них в определении пола и половом развитии. Кое-какие данные уже получены – читайте о них в статье авторов работы в журнале Science.