Хромосомы бабушки удава

Наталья Резник

Ната­лья Рез­ник

Боль­шин­ство людей куда боль­ше инте­ре­су­ет­ся отно­ше­ни­я­ми полов, чем гене­ти­че­ски­ми систе­ма­ми опре­де­ле­ния пола у заро­ды­ша — это удел спе­ци­а­ли­стов. Но даже они пол­ве­ка пре­бы­ва­ли в заблуж­де­нии отно­си­тель­но зме­и­ных поло­вых хро­мо­сом. Ока­за­лось, что систе­ма опре­де­ле­ния пола пито­нов и уда­вов отли­ча­ет­ся от суще­ству­ю­щей у дру­гих змей. Исти­на откры­лась бла­го­да­ря раз­ви­тию мето­дов ана­ли­за ДНК.

Пол живот­ных может зави­сеть от внеш­них фак­то­ров, таких как тем­пе­ра­ту­ра окру­жа­ю­щей сре­ды или коли­че­ство цито­плаз­мы в клет­ках. Но зна­чи­тель­но чаще его опре­де­ля­ют поло­вые хро­мо­со­мы. Суще­ству­ет несколь­ко систем хро­мо­сом­но­го опре­де­ле­ния пола, нам сей­час инте­рес­ны две. Систе­ма, при кото­рой муж­ские клет­ки содер­жат две раз­ные поло­вые хро­мо­со­мы (муж­ской пол гете­ро­га­мет­ный), а жен­ские — две оди­на­ко­вые, назы­ва­ет­ся XY. Тако­ва при­выч­ная нам систе­ма мле­ко­пи­та­ю­щих. Если же гете­ро­га­ме­тен жен­ский пол, поло­вые хро­мо­со­мы обо­зна­ча­ют бук­ва­ми Z и W (гено­тип сам­цов ZZ, клет­ки WW нежиз­не­спо­соб­ны).

Эво­лю­ция поло­вых хро­мо­сом про­ис­хо­ди­ла неза­ви­си­мо у раз­ных так­со­нов — мле­ко­пи­та­ю­щих, реп­ти­лий, птиц, насе­ко­мых, одна­ко во всех слу­ча­ях поло­вые хро­мо­со­мы обра­зо­вы­ва­лись из ауто­сом. Сна­ча­ла в них воз­ни­ка­ли гены, опре­де­ля­ю­щие пол, затем в одной из пар­ных хро­мо­сом про­ис­хо­ди­ли струк­тур­ные пере­строй­ки, кото­рые дела­ли невоз­мож­ной реком­би­на­цию — обмен ДНК меж­ду гомо­ло­гич­ны­ми хро­мо­со­ма­ми. Соглас­но этой моде­ли поло­вые хро­мо­со­мы в нача­ле эво­лю­ции внешне похо­жи друг на дру­га, но затем пере­строй­ки, а так­же поте­ря и при­об­ре­те­ние гене­ти­че­ско­го мате­ри­а­ла при­во­дят к появ­ле­нию отли­чий, в том чис­ле в раз­ме­ре и набо­ре генов. Хро­мо­со­ма, опре­де­ля­ю­щая гете­ро­га­мет­ный пол (Y или W), содер­жит пре­иму­ще­ствен­но гены, ответ­ствен­ные за опре­де­ле­ние пола, она мень­ше по раз­ме­ру, а более круп­ная (X или Z) сохра­ня­ет мно­го после­до­ва­тель­но­стей, име­ю­щих общее зна­че­ние. Таким обра­зом, поло­вая хро­мо­со­ма, кото­рая опре­де­ля­ет гете­ро­га­мет­ный пол, пре­вра­ща­ет­ся в чрез­вы­чай­но ста­биль­ный ген­ный ком­плекс.

Раз­но­раз­мер­ные поло­вые хро­мо­со­мы хоро­шо замет­ны на фоне пар­ных ауто­сом. Такие явные раз­ли­чия поз­во­ля­ют иссле­до­ва­те­лям доволь­но про­сто рас­по­зна­вать систе­му опре­де­ле­ния пола. Если раз­но­ка­ли­бер­ные хро­мо­со­мы обна­ру­жи­ва­ют­ся в клет­ках сам­ца, то систе­ма опре­де­ле­ния пола у дан­но­го вида — XY, а если у самок, то ZW.

Одна­ко поло­вые хро­мо­со­мы раз­ли­ча­ют­ся не все­гда. Напри­мер, у низ­ших змей (кла­да Henophidia) — пито­нов и уда­вов — поло­вые хро­мо­со­мы так похо­жи, что опре­де­лить гете­ро­га­мет­ный пол на глаз, ана­ли­зи­руя хро­мо­сом­ный набор, невоз­мож­но. Стро­го гово­ря, никто это­го тол­ком и не делал. Есть мно­го дру­гих змей, у кото­рых систе­ма опре­де­ле­ния пола иден­ти­фи­ци­ру­ет­ся как ZW. А уда­вы, что, не змеи раз­ве? Змеи, да еще какие! Зна­чит, и у них то же самое.

Вре­мя от вре­ме­ни иссле­до­ва­те­ли при­сту­па­ли к изу­че­нию поло­вых хро­мо­сом пито­нов и уда­вов, но под­твер­дить суще­ство­ва­ние систе­мы ZW им не уда­ва­лось. Тем вре­ме­нем наря­ду с отсут­стви­ем аргу­мен­тов «за» ста­ли появ­лять­ся вес­кие дово­ды «про­тив». Техас­ские гене­ти­ки Кри­сто­фер Мал­ле­ри (Christopher Mallery Jr.) и Мария Кари­льо (Maira M. Carrillo) изу­ча­ли насле­до­ва­ние корал­ло­вой окрас­ки у коро­лев­ских пито­нов Python regius [1]. В резуль­та­те серии скре­щи­ва­ний уда­лось пока­зать, что мута­ция, опре­де­ля­ю­щая окрас­ку Coral Glow, при­сут­ству­ет на обе­их поло­вых хро­мо­со­мах и насле­ду­ет­ся, как долж­но быть при систе­ме XY, но не ZW.

Уор­рен Бут (Warren Booth), гене­тик и эко­лог из Уни­вер­си­те­та Тал­сы (штат Окла­хо­ма, США), несколь­ко лет иссле­до­вал факуль­та­тив­ный пар­те­но­ге­нез позво­ноч­ных [2]. Бут и его кол­ле­ги пока­за­ли, что при пар­те­но­ге­не­зе на свет появ­ля­ет­ся потом­ство толь­ко гомо­га­мет­но­го пола. В слу­чае систе­мы ZW это сам­цы ZZ, а в слу­чае XY — сам­ки ХХ. В чис­ло объ­ек­тов наблю­де­ния попа­ли и несколь­ко видов уда­вов, у них при факуль­та­тив­ном пар­те­но­ге­зе выво­дят­ся исклю­чи­тель­но сам­ки, что стран­но при систе­ме опре­де­ле­ния пола ZW. Если пар­те­но­ге­не­ти­че­ское потом­ство гомо­га­мет­но, сам­ки уда­вов долж­ны иметь две оди­на­ко­вые поло­вые хро­мо­со­мы, а посколь­ку осо­би WW нежиз­не­спо­соб­ны, это воз­мож­но толь­ко при систе­ме опре­де­ле­ния пола XY.

Что­бы раз­ре­шить это про­ти­во­ре­чие, Уор­рен Бут обра­тил­ся за кон­суль­та­ци­ей к спе­ци­а­ли­сту по поло­вым хро­мо­со­мам реп­ти­лий, доцен­ту Уни­вер­си­те­та Мар­кет­та (штат Вис­кон­син, США) Тони Гэм­блу (Tony Gamble). Тот пере­чи­тал науч­ные пуб­ли­ка­ции и с удив­ле­ни­ем обна­ру­жил, что дока­за­тельств суще­ство­ва­ния систе­мы ZW у уда­вов нет. И тогда уче­ные объ­еди­ни­ли уси­лия [3]. Они исполь­зо­ва­ли новые мето­ды иссле­до­ва­ния гено­ма, поз­во­ля­ю­щие уста­но­вить систе­му опре­де­ле­ния пола в слу­ча­ях, когда поло­вые хро­мо­со­мы не име­ют види­мых раз­ли­чий. Уче­ные секве­ни­ро­ва­ли после­до­ва­тель­но­сти несколь­ких тысяч корот­ких фраг­мен­тов ДНК сам­цов и самок и выбра­ли сре­ди них фраг­мен­ты, кото­рые встре­ча­ют­ся толь­ко у осо­бей одно­го пола. Такие мар­ке­ры долж­ны рас­по­ла­гать­ся на хро­мо­со­мах Y или W. В слу­чае пре­об­ла­да­ния муж­ских мар­ке­ров вид име­ет XY-систе­му опре­де­ле­ния пола, если пре­об­ла­да­ют жен­ские мар­ке­ры — систе­му ZW.

Темный тигровый питон Python bivittatus («Википедия»)

Тем­ный тиг­ро­вый питон Python bivittatus («Вики­пе­дия»)

Иссле­до­ва­те­ли рабо­та­ли с цен­траль­но­аме­ри­кан­ски­ми импе­ра­тор­ски­ми уда­ва­ми Boa imperator и тем­ны­ми тиг­ро­вы­ми пито­на­ми Python bivittatus, оби­та­те­ля­ми тро­пи­че­ской Азии. В каче­стве кон­тро­ля они исполь­зо­ва­ли техас­ско­го гре­муч­ни­ка Crotalus atrox пред­ста­ви­те­ля выс­ших змей, у кото­рых систе­ма опре­де­ле­ния пола ZW сомне­ний не вызы­ва­ет. И дей­стви­тель­но, спе­ци­фи­че­ские мар­ке­ры у гре­муч­ни­ка обна­ру­жи­лись в ДНК жен­ских осо­бей, а у уда­вов — в ДНК сам­цов, что дает осно­ва­ние пред­по­ла­гать у них систе­му опре­де­ле­ния пола XY. Эти резуль­та­ты под­твер­ди­ли и для дру­го­го вида, уда­ва обык­но­вен­но­го Boa constrictor. После­до­ва­тель­ность Y-хро­мо­со­мы обо­их видов кон­сер­ва­тив­на. Что каса­ет­ся пито­нов, у них систе­ма опре­де­ле­ния пола, ско­рее все­го, тоже XY, но эти дан­ные нуж­но еще про­ве­рить, посколь­ку в рас­по­ря­же­нии иссле­до­ва­те­лей было мало экзем­пля­ров — толь­ко три сам­ки и четы­ре сам­ца.

Императорский удав Boa imperator («Википедия»)

Импе­ра­тор­ский удав Boa imperator («Вики­пе­дия»)

После­до­ва­тель­но­сти гено­мов уда­вов и пито­нов извест­ны. Уче­ные исполь­зо­ва­ли эти дан­ные, что­бы иден­ти­фи­ци­ро­вать поло­вые хро­мо­со­мы. Ока­за­лось, что у боа и пито­нов они воз­ни­ка­ли неза­ви­си­мо, из раз­ных пар ауто­сом. В каче­стве гипо­те­ти­че­ско­го пред­ка высту­па­ла яще­ри­ца Anolis carolinensis (севе­ро­аме­ри­кан­ский крас­но­гор­лый ано­лис). У выс­ших змей поло­вые хро­мо­со­мы гомо­ло­гич­ны шестой хро­мо­со­ме ано­ли­са. У уда­вов поло­вые хро­мо­со­мы гомо­ло­гич­ны мик­ро­хро­мо­со­ме яще­ри­цы, кото­рая назы­ва­ет­ся груп­пой сцеп­ле­ния f (linkage group f, LGf). Что каса­ет­ся пито­нов, их поло­вые хро­мо­со­мы XY, как и ZW выс­ших змей, гомо­ло­гич­ны шестой хро­мо­со­ме ано­ли­са. Так одна пара ауто­сом дала нача­ло раз­ным систе­мам опре­де­ле­ния пола. В заклю­че­ние иссле­до­ва­те­ли пишут о том, какую заме­ча­тель­ную модель для изу­че­ния эво­лю­ции поло­вых хро­мо­сом пред­став­ля­ют собой змеи. Мож­но пред­по­ло­жить, что систе­ма XY свой­ствен­на всем пито­нам и уда­вам, а не толь­ко трем изу­чен­ным видам, но эта гипо­те­за еще нуж­да­ет­ся в про­вер­ке. Уче­ные пла­ни­ру­ют так­же иссле­до­вать и дру­гие виды при­ми­тив­ных змей, в том чис­ле черве­об­раз­ных Scolecophidia. А Тони Гэм­бл раз­мыш­ля­ет о том, как часто иссле­до­ва­те­ли некри­ти­че­ски отно­сят­ся к допу­ще­ни­ям, кото­рые счи­та­ют­ся само собой разу­ме­ю­щи­ми­ся, одна­ко не под­креп­ле­ны экс­пе­ри­мен­таль­ны­ми дан­ны­ми. Как гова­ри­вал Шер­лок Холмс, ничто так не обман­чи­во, как слиш­ком оче­вид­ные фак­ты.

Ната­лья Рез­ник

1. Mallery C. S., Carrillo M. M. A case study of sex-linkage in Python regius (Serpentes: Boidae), with new insights into sex determination in Henophidia /​/​ Phyllomedusa. 2016. 15. 29–42. doi:10.11606/issn.2316–9079.v15i1p29-42.

2. Booth W., Schuett G.W. The emerging phylogenetic pattern of parthenogenesis in snakes /​/​ Biol. J. Linn. Soc. Lond. 2016. 118. 172–186. doi:10.1111/bij.12744.

3. Gamble T., Castoe T. A., Nielsen S. V., Banks J. L., Card D. C., Schield D. R., Schuett G. W., Booth W. The Discovery of XY Sex Chromosomes in a Boa and Python /​/​ Current Biology. 2017. 27. 2148–2153. doi:10.1016/j.cub.2017.06.010.

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *