Исследователи изучили геномы девяти видов бурых водорослей и пролили свет на древнее происхождение, удивительную стабильность и неожиданные трансформации половых хромосом U/V. Это позволило понять, как может эволюционировать, изменяться и даже заменяться определение пола у этих водных организмов.
Определение пола — краеугольный камень биологии, однако до сих пор остаётся много загадок о том, как развиваются половые хромосомы, особенно за пределами хорошо изученных систем млекопитающих и птиц. У млекопитающих пол определяется при оплодотворении с помощью хромосом XX/XY, в то время как бурые водоросли определяют пол во время формирования спор на основе половых хромосом U (женский пол) или V (мужской пол). Несмотря на их важность, возникновение, эволюция и исчезновение половых хромосом U/V оставались загадкой.
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Ecology & Evolution, демонстрирует, что эти специализированные половые хромосомы появились между 450 и 224 миллионами лет назад. Ключевым открытием является идентификация ключевого гена, определяющего мужской пол — MIN, а также шести других основных генов, связанных с полом, которые удивительно оставались почти неизменными на протяжении этих огромных временных масштабов эволюции.
Исследование также показывает, что размер и содержание генов в области, определяющей пол, у этих хромосом уникально различаются у разных видов бурых водорослей. Это часто происходило за счёт хромосомных перестроек и приобретения новых, специфичных для линии генов. Эти структурные изменения могут быть связаны с увеличением морфологической и репродуктивной сложности, наблюдаемой у разных видов бурых водорослей.
Исследование также подчёркивает, что «сироты» или таксономически ограниченные гены (гены, уникальные для определённых линий) эволюционируют с неожиданной частотой в U- и V-хромосомах, подчёркивая их динамичную природу.
«Половые хромосомы U/V имеют уникальные геномные характеристики, которые делают их склонными к эволюции сиротских генов. Эта эволюционная закономерность может дать важные подсказки о том, как возникли уникальные гены бурых водорослей», — сказал Хосуэ Баррера-Редондо, первый автор статьи и бывший научный сотрудник Института биологии Общества Макса Планка в Тюбингене.
Международная группа исследователей под руководством учёных из Института биологии Общества Макса Планка в Тюбингене (Германия) в сотрудничестве с CNRS и Genoscope (Франция) обнаружила два удивительных случая, когда система предковых половых хромосом U/V радикально изменилась или даже исчезла, превратившись в аутосомы.
У двух гермафродитных видов ранее мужские особи приобрели ключевые гены, специфичные для женского пола, что позволило им развить репродуктивные структуры обоих полов. Между тем род морских водорослей Fucus потерял систему U/V, когда его линия стала полностью диплоидной. Исследователи обнаружили, что новые гены, определяющие пол, вытеснили ген MIN, расположенный в предковой хромосоме V, что ознаменовало собой серьёзный сдвиг в генетическом контроле пола.
«Наше исследование показывает, что половые хромосомы бурых водорослей поддерживают хрупкий баланс между стабильностью и удивительной гибкостью. Это демонстрирует, насколько динамичной и разнообразной может быть детерминация пола на древе жизни», — объясняет ведущий исследователь доктор Сусана Коэльо, директор отдела развития и эволюции водорослей в Институте биологии Общества Макса Планка в Тюбингене.
Эти результаты показывают, как системы определения пола могут разрушаться и заменяться, демонстрируя, что даже такие фундаментальные понятия, как «мужской» и «женский», не являются фиксированными навсегда. Они подчёркивают динамичный эволюционный ландшафт, в котором системы определения пола могут развиваться неожиданными способами — как они возникают, заново изобретают себя, чтобы сохраниться, и иногда трансформируются в аутосомы. Это предлагает новое понимание полового размножения как одного из самых фундаментальных аспектов биологии.
Это всестороннее исследование половых хромосом бурых водорослей расширяет наше понимание эволюции хромосом U/V и позиционирует бурые водоросли как мощную модель для изучения генетических и эволюционных основ определения пола.
Предоставлено:
Max Planck Society
Другие новости по теме
- Сбор данных со спутников позволяет отслеживать циклы роста растений из космоса
- Трудолюбивые пчёлы могут построить правильный улей на сложной основе.
- Глубоководный червь носит любимый токсичный цвет Рембрандта
- Победители и проигравшие в более жарком океане
- Уроки инков: как ламы, террасы и деревья могут помочь Андам пережить изменение климата
- Исследования показывают, что системы с морской водой способствуют ускорению роста тилапии.
- Исследование причин высокого риска суицида среди ветеринаров в Австралии
- Биоинженерные бактерии могут привести к созданию терапевтических препаратов на основе антител
- Новое исследование раскрывает, как пигменты влияют на вес птичьих перьев
- Что означает глобальный спад бегов борзых для всех собак
Другие новости на сайте
- Особенность клетки, связанная с раком, формируется не так, как считалось ранее
- Сбор данных со спутников позволяет отслеживать циклы роста растений из космоса
- Устойчивая отчётность — больше, чем просто «зелёный пиар», она способствует росту финансовых показателей.
- Трудолюбивые пчёлы могут построить правильный улей на сложной основе.
- Bitmine пополнил свою казну ещё на 4 871 Ethereum: теперь в её распоряжении $7,65 млрд в ETH
- Глубоководный червь носит любимый токсичный цвет Рембрандта
- Эфириум завершает 8-летний нисходящий тренд по отношению к BTC. Направлен ли ETH к отметке в 10 000 долларов?
- Цели ЕС по сокращению использования удобрений не позволяют вдвое уменьшить избыток азота в почве.
- Победители и проигравшие в более жарком океане
- Цена тени: новое исследование показывает, как расположение деревьев влияет на стоимость домов