Umetanje genoma Wolbachia može dovesti do razvoja novog spolnog kromosoma u svojim vlasnicima • Sergey Lysenkov • Znanstvene vijesti o "Elementama" • Genetika, parazitologija, mikrobiologija, evolucija

Umetanje Wolbachia genoma može dovesti do razvoja novog spolnog kromosoma u svojim vlasnicima.

Sl. 1. Ironclad Armadillo Armadillidium vulgare (pripada redoslijedu izopodskog lova Isopoda). Fotografija © J. P. Richards s mjesta britanske skupine stotipeda i isopoda rakova (bmig.org.uk)

Endosymbiotic bakterije-Wolbachia poznate su zbog podvrgavanja reprodukcije prema njihovim potrebama. Konkretno, mnogi od njih imaju feminizacijski učinak – oni pomiču omjer spolova prema ženama. Nadalje, poznato je da se dio njihove DNA može prenijeti u genom domaćina putem horizontalnog prijenosa. Nova studija francuskih znanstvenika pokazala je da ta svojstva mogu pridonijeti dugoročnom razvoju sustava određivanja spola kod organizama zaraženih od njih. Ugljik artritis Armadillidium vulgareWolbachia-zaražene bakterije su izgubile kromosom W odgovoran za razvoj u žensko (zaražene uši uglavnom proizvode ženke, feminizirajući genetski ZZ mužjake, zbog čega ZW genetske ženke nestaju iz populacije, a time i ženski W kromosom) , Međutim, naknadno, u nekim populacijama drvenih ušiju, kao rezultat velikog umetanja Wolbachy genoma u jednu od kroskova na površini drva, pojavio se f-element koji je odgovoran za razvoj kod žena čak iu odsutnosti bakterija.Tako su ti rakovi formirali novi par seksualnih kromosoma umjesto starih, koji su izgubili funkcionalnost zbog nestanka ženske varijante.

Iako je većina vrsta višestaničnih životinja dvodijelna (tj. Imaju mužjake i ženke), načini reguliranja razvoja embrija na muškom ili ženskom putu mogu značajno varirati čak i među blisko povezanim vrstama (vidi spolu Definicija). Osim kromosomskog sustava za određivanje spola, kao kod ljudi, također je poznat temperaturni sustav kod krokodila (temperatura razvoja jaja utječe na pod krokodila) i haplogodipidni sustav u hymenopterama (mužjaci se razvijaju od nefertiliziranih jajnih stanica koje nose haploidni kromosomski set, a ženke iz oplodnje s diploidnim setom).

Određivanje kromosomskog spola također može biti različito. Na primjer, gotovo svi sisavci karakteriziraju takozvani XX / XY sustav – kada ženke nose dva X kromosoma (genotip XX), a za razvoj muškog tipa potrebno je prisustvo jednog Y kromosoma (genotip XY). Rod, čiji su predstavnici nosili dva identična kromosoma spolova, zove se homogametan (budući da stvara iste spolne gamete koji nose kromosom X), a drugi je heterogametan (proizvodi dva tipa gameta – s X i Y kromosomima).U ZZ / ZW sustavu, koji je uobičajen kod ptica, situacija je slična, samo heterogametski spol je ženski (mužjaci imaju ZZ genotip, a ženke imaju ZW).

Sami se sustavi za određivanje spola iznenađujuće labilni, često se razlikuju u tijesno povezanim vrstama, što čak ne dopušta njihovu upotrebu u razjašnjavanju filogenetskih odnosa (vidi, na primjer, SD Sarre et al., 2011. ). Sama činjenica jednostavnosti promjene sustava određivanja spola može se objasniti činjenicom da se u ovom slučaju razvojni mehanizmi na jednom ili drugom putu ne mijenjaju, ali se "prekidač" mijenja, prenosi razvoj s muškog puta na žensku ili obrnuto.

Istovremeno, uzroci i mehanizmi prijelaza iz jednog sustava odre enja spola u drugu ostaju uglavnom nejasni. Jedna od hipoteza povezuje promjenu opcija s odabirom omjera spolova. Prema evolucijskim modelima, za većinu vrsta, omjer mužjaka i ženki je 1: 1 (vidi Fisherov princip). Međutim, u nekim slučajevima može se kršiti zbog aktivnosti "sebičnih" genetskih elemenata, čija se širenje povezuje s jednim od spolova: postoji izbor za omjer spolova, nadoknađujući učinak "sebičnih" elemenata.

Međutim, nije lako pronaći u modelima sustava prirode na kojima se može proučavati evolucija sustava određivanja spola: najčešće su ti sustavi stabilni unutar vrste i njihova varijabilnost je minimalna ili nepostojeća. Jedna od iznimaka je oštrica ptica opločenog otočnog artritisa. Armadillidium vulgare (Slika 2). Uobičajeno, ovo drvosječa ima određivanje ZZ / ZW spola. Međutim, mnoge ženke su zaražene bakterijom Wolbachia (Wolbachia) i proizvode uglavnom ženke, feminizirajući genetski ZZ mužjake (vidi: A. Markov, Antimikrobni mikrob). U takvoj situaciji, ZW genetske žene postupno nestaju iz populacije, a s njima ženka kromosoma W izgubljena.

Međutim, poznate su linije ovih šumica, koje nisu zaražene Wolbachia, ali i dosljedno reproduciranje pristranosti prema ženki zbog nepoznatog f-elementa, hipotetički genetički faktor koji prebacuje razvoj ZZ muškaraca na "žensku" varijantu. Već 1984. francuski znanstvenici pretpostavljaju da je taj faktor fragment Wolbachia DNK ugrađen u genomu mokitza (vidi J. J. Legrand i sur., 1984. Armadillidium vulgare Latr.). I tek se pojavila ova hipoteza.

Sl. 2. Prijenosni elektronski mikrograf oocita ženskih čestica argilita s f-elementom (na vrhu) zaražene Wolbachia (u sredini) i nema ni f-element niti Wolbachija (dolje dolje). Wolbachiaove bakterijske stanice prikazani su oocitni citoplazmi bijele strelice, Oociti od ženki s f-elementom nemaju unutra Wolbachia. mt: – mitohondrija. Duljina skale: 2 um. Fotografije iz članka u raspravi PNAS

Skupina francuskih znanstvenika sa Sveučilišta u Poitiersu (usput, među kojima nije bio ni jedan od suautora gore spomenutog članka iz 1984.), koji je vodio Sebastien Leclerc (Sébastien Leclercq), sekvencirali su genome četiriju mahovskih insekata iz danskog stanovništva s f-elementom. 0,11% svih čitanih DNA sekvenci pokazalo je veliku sličnost s poznatim Wolbachy genomima i mogli su se sastaviti u devet dugačkih skela (međuprostorne nepotpune strukture sekvence koja se sekvencuje kako bi pomogla u sastavljanju potpune verzije, vidi E. Prokhorchuk. ne znači razumjeti), od kojih je najveća duljina 3.13 MB (megabaze – milijuni osnovnih parova). Štoviše, ove sekvence su najbliže feminizirajućim sojevima Wolbachia, koje inficiraju proučavane vrste drvenih ušiju i njegovu bliskom srodniku.

Naravno, najlakši način bio bi objasniti ove rezultate činjenicom da Wolbachia živi u tim šumama koje su sekvencionirane zajedno s rakovima. Međutim, ove su drveće preuzete iz populacije u kojoj nema Wolbachia. Ali istraživači su dodatno potvrdili ovo: transmisijski elektronski mikroskop nije pokazao prisutnost bakterijskih stanica u oocitima, jasno vidljivim kod zaraženih osoba (Slika 2). Osim toga, čak i ako sakupite sve Wolbachianove gene koji se nalaze u sekvenciranim sekvencama, 331 od ukupnog broja 1888 gena bit će nedostajuće ili znatno skraćeno, a 85 od tih 331 potrebnih za bakterije.

Osam od devet bakterijskih skela pronađeno je samo u ženama i, štoviše, zajednički su naslijedili. Iz toga su istraživači zaključili da svi oni predstavljaju jedan f-element koji je rezultat umetanja genoma Wolbachia u jedan od kromosoma od slanutka, dok je deveta skela trag neovisne epizode horizontalnog prijenosa DNA od bakterije do člankonožaca. Funkcionalna uloga velikog umetanja genoma Wolbachia kao feminizirajućeg agensa potvrđuje i činjenica da je naslijeđena strogo duž majčinske linije,kao što je prikazano u rodoslovnoj analizi šest generacija. Osim toga, prvih osam skela Wolbachia gena (pretpostavljeni f-element) dvostruko su rijetki u rezultatima sekvenciranja od devete skele – to bi trebao biti ako ovaj feminizirajući agens radi u hemizigota poput kromosoma W!

Posljednja stvar koju su istraživači otkrili jest da se nakon prijelaza sa šumama iz druge populacije s određenjem ZZ / ZW spola, f-element (sada se može smatrati sinonimom velikog umetka od Wolbachia gena) ne nalazi u izvornom kromosomu spolnog drveta, i ugrađen u bivši autosom (ne-seks kromosom). Tako se u ovim rakovima pojavio novi par seksualnih kromosoma.

Dobiveni rezultati potvrđuju početnu hipotezu prije više od 30 godina o promjeni sustava određivanja spola u šumama (slika 3). Infekcija s feminizacijom Wolbachia dovela je do gubitka jednog od izvornih kromosoma spolova (W) i prijelaza na citoplazmatsko određivanje spola (očigledno zbog bakterija). Istovremeno, izvorni Z kromosom funkcionalno je postao jedan od autosoma. Nakon toga došlo je do velikog umetanja Wolbachovih gena, uključujući oneda su oni odgovorni za feminizacijski učinak (što upravo to za gene još nije točno poznato) u jednom od autosoma i prestanak infekcije s Wolbachijom (to nije iznenađujuće – takvi slučajevi "lijek" već poznati) doveli su do obnavljanja na novoj osnovi ZZ / ZW – određivanje kromosomskog spola.

Sl. 3. Evolucijski scenarij promjene sustava određivanja spola u armadillo uši A. vulgare, U pozadini prvobitnog ZW-heterogametnog sustava (na lijevoj strani) stjecanje feminizirajućih endosimbira – Wolbachovih bakterija – dovelo je do gubitka predstojećeg kromosoma W-spola i razvoja citoplazmatskog određivanja spola (centar). Naknadna integracija dijela Wolbachia genoma koji nosi feminizirajuće gene (f-element) u autosom genetskog gnojiva (A) i sekundarni gubitak endosimbira dovodi do razvoja novog ZW-heterogametnog sustava (s desne strane). Slika iz raspravljanog članka u PNAS

Posljednjih godina postaje sve jasnije kako simbioti, uključujući i one bakterijske, mogu utjecati na prilagodbu njihovih domaćina (vidi Simbiotske bakterije zamijenile su morski crv s probavnim organima i izlučevima, Elementi, 19. rujna 2006., crijevne bakterije pomažu japanskom probavljanju algi , "Elementi", 04/08/2010; crijevne bakterije utječu na društveno ponašanje miševa, "Elementi", 21. 6. 2016).Studija francuskih znanstvenika pokazuje da bi simbionti mogli sudjelovati u takvom "intimnom" procesu kao formiranju seksualnih kromosoma. Naravno, sve dok imamo podatke samo za jedan slučaj, ne možemo reći je li to zajednički mehanizam evolucije ili, radije, biološka znatiželja – potrebno je novo istraživanje. Ali sada barem znamo da takve studije imaju smisla.

izvor: Sébastien Leclercq, Julien Thézé, Mohamed Amine Chebbi, Isabelle Giraud, Bouziane Moumen, Lise Ernenwein, Pierre Grève, Clément Gilbert i Richard Cordaux. Rođenje spolnog kromosoma W horizontalnim prijenosom Wolbachia bakterijski simbiont genom // Zbornik Nacionalne akademije znanosti, 27. prosinca 2016. V. 113. Ne. 52. P. 15036-15041. Doi: 10.1073 / pnas.1608979113.

Sergeja Lizenkova


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: