Битва половых хромосом: как конкуренция влияет на жизнеспособность X- и Y-несущих сперматозоидов
В эволюционных терминах жизнеспособность (fitness) определяется как способность организма выживать и передавать свои гены следующему поколению. Гены влияют на жизнеспособность, иногда конкурируя друг с другом внутри организма.
Эту конкуренцию, или "гонку вооружений", обычно трудно наблюдать — за исключением случаев, когда речь идет о генах на X и Y хромосомах, которые определяют пол потомства у млекопитающих.
У мышей эта гонка может приводить к появлению пометов с преобладанием самцов или самок.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences учеными из Мичиганского университета, раскрыло механизм этой гонки между X- и Y-несущими сперматозоидами мыши за оплодотворение яйцеклетки, аналогичной "космической гонке" за достижение Луны.
"X- или Y-несущий сперматозоид, который добирается первым, успешно оплодотворяет яйцеклетку", — сказал Мартин Арльт, доктор философии, доцент кафедры генетики человека.
"Если бы существовали гены, дающие преимущество X-несущим сперматозоидам, мы бы наблюдали больше потомства женского пола, и наоборот. Однако мы видим соотношение, близкое к 50/50", — отметил Арльт, первый автор исследования. "С эволюционной точки зрения соотношение 50/50 является оптимальным для вида, и даже незначительные сдвиги потенциально могут привести к его исчезновению".
Баланс соотношения полов поддерживается благодаря тому, что гены на X и Y хромосомах коадаптированы, чтобы сдерживать друг друга. Как это происходит, оставалось загадкой, поскольку сперматозоиды невозможно выращивать в лаборатории.
Команда из Мичиганского университета нашла уникальное решение: они перенесли связанные с X-хромосомой гены Slxl1/Slx и связанные с Y-хромосомой гены Sly из мыши в дрожжи.
"Мы ввели каждого участника конкуренции в дрожжи, чтобы лучше понять, как они работают. Затем мы объединили их, чтобы увидеть, как они взаимодействуют и конкурируют друг с другом".
В результате они обнаружили, что белки, кодируемые Slxl1/Slx и Sly, которые влияют на жизнеспособность сперматозоидов, по-видимому, конкурируют за белки под названием Spindlins, влияющие на экспрессию генов. Эти белки конкурируют друг с другом за связывание: чем больше белков, связанных с X-хромосомным семейством генов, связывается, тем больше образуется X-несущих сперматозоидов, и наоборот.
"Эти белки — относительно новые "изобретения" в эволюционном времени, им всего несколько миллионов лет, что значительно позже расхождения линий человека и шимпанзе", — сказал Джейкоб Мюллер, доктор философии, доцент кафедры генетики человека и старший автор статьи.
"Сперматогенез может и происходит нормально без Slxl1/Slx и Sly, однако эти гены сохранились у мышей, интегрировавшись в систему, очень важную для вида. У нас есть свидетельства, что такие гонки вооружений происходят снова и снова у разных видов в разное время".
В будущем команда планирует использовать дрожжевую модель для изучения эволюции X/Y "гонки вооружений" и других конкурентных генов.