Механизм кооперации дуплицированных генов в мужской дифференцировке карпа

Полиплоидия, или дупликация всего генома, создает дополнительный материал для геномной эволюции и считается важной движущей силой генетического разнообразия, появления новых признаков и экологической адаптации. Несмотря на обширные исследования эволюционной судьбы и паттернов экспрессии дуплицированных генов, оставалось неясным, как они совместно регулируют биологический процесс у полиплоидов.

Группа исследователей под руководством профессора Гуй Цзяньфана из Института гидробиологии Китайской академии наук раскрыла механизм кооперации двух гомеологов дуплицированного гена gsdf (gonadal somatic cell-derived factor) в мужской дифференцировке гексаплоидного серебряного карася (Carassius gibelio). Исследование опубликовано в PLoS Genetics.

Ключевые результаты исследования:

  • У гексаплоидного карася идентифицированы два гомеолога гена gsdf (gsdf-A и gsdf-B), каждый из которых содержит три высококонсервативных аллеля.
  • Белки Gsdf-A и Gsdf-B экспрессировались преимущественно в соматических клетках мужской гонады. Транскрипцию gsdf-A и gsdf-B активировали dmrt1-A и dmrt1-B соответственно.
  • При помощи CRISPR/Cas9 проведен нокаут генов. Потеря только gsdf-A или только gsdf-B приводила к частичному превращению самцов в самок, а потеря обоих генов — к полной смене пола. Этот эффект можно было обратить ингибитором ароматазы.
  • В мутантах по gsdf-B наблюдалась компенсаторная экспрессия gsdf-A, и наоборот.
  • Дрожжевой двугибридный анализ показал, что оба белка, Gsdf-A и Gsdf-B, взаимодействуют с коактиватором Ncoa5. Это взаимодействие блокирует связь Ncoa5 с рецептором Rora, подавляя тем самым индуцируемую комплексом Rora/Ncoa5 активацию гена cyp19a1a (ароматазы).

Вывод: Gsdf-A и Gsdf-B регулируют мужскую дифференцировку, подавляя транскрипцию cyp19a1a у гексаплоидного карася, и могут взаимодействовать с Ncoa5 для репрессии транскрипции cyp19a1a in vitro.

Исследование представляет собой типичный пример кооперативного механизма дуплицированных генов у полиплоидов и проливает свет на консервативную эволюцию дифференцировки пола.