У подавляющего большинства видов, населяющих Землю, существуют два различных биологических пола, и передача генетической информации между особями мужского и женского пола критически важна для их сохранения. Тем не менее, факторы, определяющие пол конкретного организма, существенно отличаются в зависимости от вида.
Пол у людей определяется наличием Х- и Y-хромосом: индивиды с хромосомным набором XY развиваются как мужчины, а особи с набором XX — как женщины. Единственный ген, расположенный на Y-хромосоме, SRY, выполняет роль активатора, стимулирующего развитие по мужскому типу.
В то же время, у других видов этот процесс организован иначе. У насекомых, включая пчёл, ос и муравьёв, пол определяется посредством системы, называемой гаплодиплоидией, которая свойственна примерно 12% видов животных. Согласно этому механизму, самки формируются из оплодотворённых яиц и обладают двумя наборами хромосом, а самцы развиваются из неоплодотворённых яиц и имеют лишь один набор.
Более двадцати лет назад ученые выяснили, что у медоносных пчел этот необычный процесс регулируется геном, который называется csd. Особи, несущие две разные версии csd, ученые установили, что у некоторых видов пчел пол определяется генетикой: особи с определенной версией гена развиваются в самок, а особи с другой версией — в самцов. Ранее оставалось неясным, распространен ли подобный генетический механизм у остальных 20 000 видов пчел.
Для того чтобы разгадать эту загадку, команда ученых под руководством Мэтью Вебстера из Уппсальского университета секвенировала весь геном пчелы-каменщицы (Osmia bicornis), широко распространенного вида, который часто встречается в садах по всей Европе. Чтобы найти необычно крупных самцов — редких особей, обладающих двумя идентичными копиями гена, определяющего пол, исследователи тщательно изучили сотни гнезд. Сравнительный анализ геномов позволил ученым установить точное местоположение гена, отвечающего за определение пола у этого вида. Результаты опубликованы в журнале PLoS Biology.
Исследователи с удивлением обнаружили, что идентифицированный ген ANTSR — это тот же самый ген, который, согласно недавним исследованиям, определяет пол у определенного вида муравьёв. ANTSR — это участок длинной некодирующей РНК, который не кодирует белок. В зависимости от числа копий он выступает в роли регулятора, определяющего развитие по мужскому или женскому пути. Консервативность этого гена (практически неизменность его последовательности в процессе эволюции) у пчёл и муравьёв позволяет сделать вывод о том, что он выполняет функцию определения пола уже не менее 150 миллионов лет.
«Это действительно удивительно, ведь это означает, что ANTSR может быть основным геном, определяющим пол, у более чем 150 000 видов пчёл, ос и муравьёв», — сказал Мэтью Вебстер, старший автор исследования. «Мы до сих пор не понимаем, как вариации в этом гене генерируют сигнал, запускающий развитие по мужскому или женскому типу. Причина, по которой у медоносных пчёл используется другой ген, определяющий пол, также остаётся загадкой».
Благодаря этому открытию становится возможен значительный прогресс в изучении эволюции систем определения пола у пчёл и муравьёв, а также в исследовании молекулярных основ гаплодиплоидной системы. Это имеет большое значение для понимания роли генетического разнообразия в поддержании здоровья популяций. Результаты, полученные в ходе исследования, могут быть полезны для разработки стратегий сохранения и разведения пчёл, поскольку они предоставляют ключевые сведения о генетических механизмах, определяющих размножение этих жизненно важных опылителей.
[Фото: Мари Луиза Хускенс / Уппсальский университет ]