Новости

11 ноября, 2020 09:47

Скрещивание бабочек-горчичниц указало на новый механизм эволюции геномов

Ученые из России, Испании и Швеции провели эксперименты по скрещиванию бабочек с разным количеством хромосом. Хотя обычно такие гибриды оказываются бесплодными, эти насекомые не только сохранили свою способность производить потомство на протяжении четырех поколений, но и указали на новый механизм эволюции хромосомных наборов. Возможно, именно он в некоторых случаях лежит в основе образования видов. Статья, поддержанная грантом Российского научного фонда, была опубликована в журнале Frontiers in Genetics.
Белянка горошковая. Источник: Владимир Лухтанов

Хромосомные различия (то есть разные формы, размер и количество хромосом) выполняют функцию «охранников», которые защищают границы между видами и сами виды от разрушительных последствий «незаконного» смешивания. Они являются причиной пониженной плодовитости или даже полного бесплодия у гибридов. Это связано с тем, что при образовании половых клеток происходит неравномерное распределение генетического материала. Например, мулы (результаты скрещивания осла и кобылы) отличаются большей продолжительностью жизни и работоспособностью, но они бесплодны, так как получают разное число хромосом от родителей: 31 от осла и 32 от лошади.

Однако у этого правила есть исключения. В 2018 году авторы новой статьи обнаружили необычное деление ядра (мейоз) у самой обычной бабочки — горошковой белянки (их еще называют горчичнецами). В норме при первом делении мейоза дочерние клетки получают равноценные половинчатые наборы (результат расхождения двух гомологичных хромосом в составе бивалента: то есть из 2n получается 1n). Как правило, у гибридов такое невозможно, поскольку разница в хромосомах между родителями нарушает такое деление. Выходом из ситуации становится инвертированный мейоз: как понятно из названия, редукционное и обычное деления меняются местами. В результате во втором делении происходит более сбалансированная передача генетического материала. Этот тип мейоза и был найден у горошковой белянки.

В новом исследовании авторы провели скрещивания между двумя расами горошковой белянки — испанской, у которой в диплоидном (2n) наборе 106 хромосом, и шведской, у которой в диплоидном наборе 56 хромосом. В своей работе ученые наблюдали кариотипы (хромосомные наборы) четырех поколений этих гибридов.

Эти исследования подтвердили высокую фертильность (плодовитость) гибридов. Они также выявили, что у первого поколения почти все хромосомы участвуют в образовании сложных ассоциаций, так называемых мультивалентов (как раз с наличием мультивалентов и связана частичная стерильность гибридов). Однако во втором, третьем и четвертом поколениях наблюдалась картина постепенного уменьшения доли мультивалентов и увеличения доли бивалентов — нормальных хромосомных ассоциаций, с тенденцией формирования нового кариотипа с промежуточным между 56 и 106 диплоидным числом хромосом.

«Мы показали, что скрещивания между контрастными хромосомными расами горошковой белянки приводят к частично фертильным гибридам и запускают процессы формирования новых кариотипов и, потенциально, новых видов. Таким образом, гибридизация между видами может играть творческую роль в эволюции, запуская формирование новых сбалансированных геномов и возникновение новых видов», — сообщает Владимир Лухтанов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор биологических наук, главный научный сотрудник Зоологического института РАН и профессор Санкт-Петербургского государственного университета.

Изучение перестроек кариотипа и хромосомных мутаций, таких как в данном исследовании, потенциально важно для сферы здравоохранения. У человека перестройки, на несколько порядков меньшие по масштабам, вызывают серьезные патологии. Поэтому понимание механизмов, как организм справляется с подобными изменениями в геноме, может иметь не только теоретическое, но и практическое значение.

11 июня, 2024
Подсчет окрашенных клеток позволит точнее оценивать эффективность противоопухолевых препаратов
Ученые выяснили, что автоматизированный подсчет окрашенных светящимися (флуоресцентными) красителя...
10 июня, 2024
Химики синтезировали светящиеся кольца, трубки и «деревья» из наночастиц сульфида серебра
Ученые получили квантовые точки — наночастицы на основе сульфида серебра и органических молекул в ...