Untuk mengubah wanita menjadi hermaphrodit, dua mutasi sudah cukup • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Genetik, Evolusi

Untuk mengubah betina menjadi hermaphrodit, dua mutasi adalah mencukupi.

Atas ke bawah: hermaphrodite C. elegansperempuan C. remanei, yang dihasilkan secara artifisikal "pseudohermaphrodite" C. remanei. Merah diperuntukkan membangunkan embrio, kuning – ova, bingkai merah kawasan sekitar gonad (kelenjar pembiakan), di mana, bersama dengan telur, sperma juga berkembang. Anak panah pembukaan seksual yang ditandakan. Foto dari artikel dalam perbincanganSains

Kebanyakan cacing bulat adalah baik Caenorhabditis – Ini adalah spesies yang biasa dioecious, terdiri daripada lelaki dan perempuan. Walau bagaimanapun, dalam dua spesies genus ini (C. elegans dan C. briggsaeTidak ada wanita, tetapi ada lelaki dan hermaphrodit yang mampu bersertifikat diri. Percubaan pada cacing dioecious C. remanei menunjukkan bahawa untuk mengubah wanita menjadi hermaphrodit penuh, ia cukup untuk mengurangkan aktiviti dua gen (tra-2 dan swm-1). Ini bermakna bahawa untuk kemunculan sifat baru – hermaphroditism – dalam evolusi cacing genus Caenorhabditis Dua mutasi sudah cukup.

1. Model yang baik untuk mengkaji neoplasma evolusi.

Dalam kebanyakan cacing bulir (nematod), seperti dalam banyak haiwan lain, jantina ditentukan secara genetik menggunakan kromosom seks. Sekiranya terdapat dua kromosom X dalam telur yang disenyawakan, seorang wanita akan berkembang dari telur jika seorang lelaki (lihat Hantu AS, 2005). Evolusi penentuan seks nematod: C. elegans sebagai titik rujukan untuk biologi perbandingan).

Walau bagaimanapun, dalam dua spesies nematod yang paling dikaji, Caenorhabditis elegans dan C. briggsae, individu yang mempunyai dua kromosom X bukan wanita, tetapi hermafrodit. Gonad mereka (gonad) pada peringkat larva lewat menghasilkan sperma. Nematoda benar-benar hilang semasa evolusi flagella, oleh itu, mereka juga mempunyai sperma yang bebas daripada luka bakar. Mereka kelihatan seperti amoeba dan bergerak dengan pseudopodia. Sperma spesimen hermafrodit, yang terbentuk di peringkat larva, merangkak ke repositori khas – spermatheks – dan mereka sedang menunggu di sayap. Gonad dewasa hermaphrodit menghasilkan bukan sperma, tetapi telur. Mereka boleh disenyawakan oleh sperma mereka sendiri yang tersimpan dalam spermatheca, dan oleh sperma laki-laki akibat dari kawin (lihat: Eksperimen pada cacing membuktikan bahawa lelaki adalah hal yang berguna, Elemen, 23 Oktober 2009).

Keturunan C. elegans dan C. briggsae adalah cacing yang biasa dioecious. Ini berikut, khususnya, dari fakta bahawa semua spesies genus lain Caenorhabditis – dioecious. Jadi hermaphroditism C. elegans dan C. briggsae adalah evolusi "muda", sifat baru. Oleh kerana kedua-dua spesies adalah antara haiwan yang paling banyak dikaji, ada sebab untuk berharapbahawa dalam kes ini, akan dapat menguraikan secara terperinci mekanisme molekul-genetik pembentukan ciri baru ini dalam perjalanan evolusi.

2. Bagaimana membuat hermafrodit wanita

Ahli biologi Amerika dari University of Stratford dan Creighton University telah mengambil langkah penting dalam arah ini, seperti yang dilaporkan dalam jurnal terkini Sains. Mereka secara eksperimen memperlihatkan bahawa untuk transformasi betina penampilan dioecious C. remanei dalam hermaphrodit penyuburan diri sepenuhnya, ia cukup untuk mengurangkan aktiviti hanya dua gen.

Sebelum ini didapati bahawa dalam menentukan hubungan seks C. elegans gen memainkan peranan penting tra-2. Kehadiran kromosom X satu (dan bukan dua) pada lelaki berfungsi sebagai pencetus, termasuk sintesis protein HER-1, yang menghalang (menghalang aktiviti) protein TRA-2 (sebagai produk protein gen tra-2). Penindasan aktiviti TRA-2, selepas beberapa langkah perantaraan, membawa kepada pemusnahan protein TRA-1, yang berfungsi untuk melumpuhkan beberapa gen utama yang mengarahkan pembangunan sepanjang laluan "lelaki" (termasuk kabus-3mengawal spermatogenesis). Hermaphrodite HER-1 protein tidak terbentuk, tetapi mereka masih menghasilkan sperma, kerana aktiviti gen tra-2 pada peringkat larva, ia terhalang oleh protein FOG-2 dan GLD-1.

Ini membawa para penulis tentang idea bahawa jika wanita kelihatan sihat C. remanei menekankan aktiviti gen tra-2, betina boleh berubah menjadi hermafrodit. Mereka mula dengan sepenuhnya mematikan gen. tra-2 menggunakan gangguan RNA. Akibatnya, dari telur dengan dua kromosom X, bukannya betina, lelaki yang cukup lengkap berkembang, menghasilkan sel sperma yang normal, tetapi tidak ada telur.

Kemudian para penulis dengan tepat membuat alasan bahawa mereka jelas sedikit berlebihan. Lagipun, dalam aktiviti gen hermaphrodit sebenar tra-2 walaupun dikurangkan, tetapi tidak kepada sifar. Apabila keadaan ini dapat membiak C. remaneidengan hanya mengurangkan kesan ekspresi tra-2, datang ke dalam dunia individu, yang penulis sebut sebagai "pseudohermaphrodites." Tubuh mereka adalah "perempuan", tetapi di gonad kedua-dua telur dan sel sperma terbentuk serentak. Benar, makhluk-makhluk ini membuktikan tidak mampu bersertifikat diri (dengan itu awalan "pseudo"). Selepas menyeberang dengan lelaki normal, pretermmaphrodites meletakkan telur yang disenyawakan, tetapi dalam jumlah yang lebih kecil daripada wanita biasa. Ini bermakna ova mereka lebih kurang normal, dan ketidakupayaan mereka untuk menyuburkan diri kemungkinan besar disebabkan oleh kecacatan sperma.

Untuk mengetahui apa kecacatan ini, penulis harus bekerja dengan banyak, memeriksa satu demi satu kemungkinan hipotetis yang berbeza. Ternyata sel sperma pseudogermaphrodit adalah normal dalam semua parameter kecuali satu: mereka tidak aktif, mereka tidak merangkak di mana saja, dan, khususnya, mereka tidak berpindah ke spermatheca

Dalam nematod biasa, sel sperma diaktifkan (mula merayap) di bawah pengaruh protein yang terkandung dalam cairan seminal. Mempunyai sel-sel sperma pseudo-ferrophalitis mengekalkan kemampuan mereka untuk diaktifkan oleh protein ini? Untuk mengesahkan ini, penulis menyeberang pseudohermaphrodites dengan lelaki C. elegans. Lelaki C. elegans berkawan dengan wanita C. remanei, tetapi perkahwinan ini tidak berbuah (selepas semua, dua spesies menyimpang, menurut anggaran yang ada, kira-kira 80 juta tahun yang lalu). Walau bagaimanapun, selepas kawin dengan lelaki C. elegans pseudohermaphrodites C. remanei telur yang disenyawakan, beberapa di antaranya berdaya maju, dan daripada mereka wanita biasa C. remanei. Eksperimen ini dan lain-lain telah menunjukkan bahawa bendalir mani C. elegans sebenarnya boleh mengaktifkan sel-sel sperma dari pseudohermaphrodites, dan sebagai hasilnya, persenyawaan diri menjadi mungkin.

Penemuan ini secara dramatik menyempitkan pelbagai gen sasaran yang berpotensi yang perlu dipengaruhi untuk mengubah pseudohermaphrodites menjadi hermaphrodites sepenuhnya. Yang "sesuai" gen adalah swm-1yang menyandi protein yang menghalang aktiviti protein lain – protease yang mengaktifkan sel sperma. Gen swm-1 bertanggungjawab untuk mencegah pengaktifan pra-sperma pada lelaki C. elegans, dan juga, nampaknya, menjalankan beberapa fungsi lain. Penulis menurunkan aktiviti gen ini dalam pseudohermaphrodites (juga dengan bantuan gangguan RNA) – dan mereka segera memperoleh keupayaan untuk menyuburkan diri, untuk kegembiraan para penyelidik.

3. Jurang boleh melompat dalam dua lompat, tetapi untuk ini anda memerlukan jambatan

Kajian menunjukkan bahawa untuk kemunculan dalam proses evolusi nematoda genus Caenorhabditis Sifat baru – hermaphroditism – sudah cukup untuk mengurangkan aktiviti dua gen dalam dua cascade peraturan yang berbeza. Ini memerlukan dua mutasi. Walau bagaimanapun, kejadian serentak dua mutasi, hanya berguna bersama, tetapi tidak secara berasingan, sangat tidak mungkin. Bolehkah mereka muncul secara konsisten atau bersamaan dengan merapatkan jurang dalam dua lompatan? Penulis mempertimbangkan dua senario yang mungkin.transformasi evolusi ini:

1) Pertama, mutasi berlaku bahawa aktiviti gen dikurangkan swm-1 pada wanita, yang membolehkan anda mengaktifkan sperma anda sendiri (jika ada). Pada mulanya, mutasi ini adalah neutral, kerana betina belum dapat menghasilkan sperma. Pada masa akan datang, terdapat mutasi yang menurunkan aktiviti tersebut tra-2. Mutasi ini segera terbukti berguna (disokong oleh pemilihan) kerana ia menjadikan wanita menjadi hermaphrodit mandiri (lihat di bawah untuk kegunaan hermaphroditism). Tetapi boleh mutasi pertama tidak membahayakan jika gen diketahui swm-1kemungkinan besar multi-fungsi? Dan di sini bahawa pengetahuan tentang genom cacing yang dikaji datang untuk menyelamatkan. Ternyata dalam genom spesies dioecious terdapat hanya satu salinan gen. swm-1, dan hermaphroditic, terdapat juga salinan yang sedikit berbeza. Ternyata, perkembangan hermafroditisme dipromosikan oleh pertindihan gen ini, yang memungkinkan untuk menghapuskan "konflik adaptif". Salah satu salinan telah diubah untuk memastikan pengaktifan sperma pada hermaphrodit, dan yang kedua terus melaksanakan fungsi lain (lihat: Gen pelbagai fungsi – asas untuk inovasi evolusi, "Elemen", 30.06.2008).

2) Senario kedua bermula dengan mutasi yang merendahkan aktiviti. tra-2. Ini membawa kepada kemunculan pseudohermaphrodites. Hanya selepas ini mutasi muncul dan membetulkan, mengurangkan aktiviti swm-1. Walau bagaimanapun, pseudohermaphrodites sebenarnya hanya wanita rendah: mereka tidak mampu persenyawaan diri, dan peranan wanita diselesaikan lebih teruk daripada wanita betina. Oleh itu, pada pandangan pertama nampaknya pemilihan harus segera mereda mutasi pertama. Tetapi ingat betina C. remanei menarik kepada lelaki spesies lain, dan kawin dengan lelaki ini memberi mereka kesempatan untuk menyuburkan diri. Ciri ini boleh menjadi "jambatan" di mana spesies yang berkembang dapat mengatasi tahap pertengahan berbahaya dan menunggu mutasi kedua berlaku. Dalam sesetengah keadaan, pseudohermaphrodites, mampu menghasilkan persenyawaan sendiri selepas mengawan dengan spesies lain lelaki, boleh mempunyai kelebihan penyesuaian (lihat di bawah).

Oleh itu, "mengatasi jurang dua-hop" pada peperiksaan yang lebih dekat tidak begitu luar biasa. Terdapat jambatan di sana.

4. Perubahan aktiviti gen – cara paling mudah "transformasi evolusi.

Perubahan dalam aktiviti gen dalam arah penurunan atau kenaikan boleh terjadi akibat pelbagai mutasi. Secara teorinya, ini mungkin mutasi di kawasan pengawalseliaan gen itu sendiri. tra-2 dan swm-1, atau mutasi gen pengawal selia yang mengawal kerja mereka, atau mutasi pengawal selia pengawal selia, dan lain-lain. Adalah penting bahawa dalam keadaan sedemikian – apabila ternyata memberi manfaat untuk mengurangkan atau meningkatkan ungkapan mana-mana gen – kebarangkalian mutasi yang tidak sengaja yang mengubah aktiviti gen akan berguna, dan tidak berbahaya, hampir 1/2, iaitu, ia menjadi sangat tinggi. Tidak secara tidak sengaja, banyak transformasi evolusi "progresif", seperti yang sekarang ternyata, dikaitkan dengan perubahan dalam tahap aktiviti gen, dan bukannya urutan pengekodan protein mereka (lihat: Evolusi manusia disertai dengan perubahan dalam aktiviti gen pengawal selia, Elementy, 13.03.2006 ).

5. Semak sama ada palam dipasang.

Ramai yang terganggu oleh "nasihat bijak" ini, yang sentiasa hadir dalam arahan penyelesaian masalah untuk peralatan elektrik. Bagaimanapun, di sebaliknya terdapat prinsip universal: dalam banyak kes, kesan yang diinginkan dapat dicapai dengan memanipulasi suis dan tidak melepaskan mekanisme keseluruhan.

Mutasi spesifik yang bertanggungjawab terhadap penurunan aktiviti gen tra-2 dan swm-1 nenek moyang C. elegans dan C. briggsaemungkin berbeza. Khususnya, diketahui bahawa hermafrodit spesies pertama dalam penindasan aktiviti tra-2 gen terlibat kabus-2hilang dari spesies kedua. Keturunan C. briggsae gen yang hilang kabus-2, mungkin tidak perlu. Dalam spesies ini, gen yang lain memainkan peranan utama dalam memastikan spermatogenesis normal dalam hermaphrodites. dia-1. Contoh ini menunjukkan bahawa dalam perjalanan evolusi, "switch" cascades peraturan regulatori mungkin berubah, dan cascades sendiri – dan fungsi mereka – tetap sama. Ini juga terpakai kepada mekanisme penentuan jantina. Pembahagian kepada lelaki dan wanita adalah dalam kebanyakan haiwan; Oleh itu, terdapat juga "program" genetik (besar dan kompleks) perkembangan sepanjang laluan lelaki dan wanita. Walau bagaimanapun, suis utama yang mengarahkan pembangunan dalam salah satu daripada dua cara sering berubah dalam perjalanan evolusi. Sebagai contoh, dalam nematoda yang sama, banyak spesies telah bertukar dari penentuan seks kromosom menjadi "sederhana", iaitu seks mereka tidak bergantung pada gen, tetapi pada keadaan di mana perkembangan berlaku. Tidak ada keajaiban tentang perkara ini: dengan cara yang sama, anda boleh menggantikan suis elektrik di dalam bilik anda dengan sistem yang kompleks dalam siri dan selarisuis beralih, butang atau kord yang bersambung dengan berus, tanpa menukar pendawaian dan candelier. Ia mungkin menjadi lebih mudah untuk mengawal pencahayaan, tetapi "fenotip" tidak akan berubah: cahaya masih akan dihidupkan atau dimatikan.

6. Mengenai manfaat persenyawaan diri

Pembaca yang mengingati nota sebelumnya mengenai nematod (eksperimen pada cacing membuktikan bahawa lelaki adalah perkara yang berguna, "Unsur", 10.23.2009), soalan itu mungkin timbul: mengapa ada orang yang perlu pergi ke hermafroditisme jika eksperimen menunjukkan kelebihan persenyawaan silang atas persenyawaan diri? Fakta adalah bahawa kelebihan hermaphroditism dalam banyak kes adalah jelas sekali – itulah sebabnya perlu menetapkan eksperimen khusus apabila mereka ingin menunjukkan bahawa persenyawaan salib lebih baik dalam beberapa situasi lain. Contohnya, jika laman web yang sesuai untuk kehidupan nematoda spesies ini sangat jarang (nampaknya cukup untuk ahli genus Caenorhabditis) dan kemungkinan bahawa sekurang-kurangnya satu cacing memasuki kawasan baru yang tidak berpenghuni adalah sangat kecil, maka kemungkinan bahawa dua cacing akan sampai ke kawasan ini sekaligus – lelaki dan perempuan – akan menjadi tidak penting.Sememangnya, dalam keadaan sedemikian, kelebihannya adalah cacing yang dapat menghasilkan tanpa pertolongan sendiri.

Sumber: Chris Baldi, Soochin Cho, Ronald E. Ellis. Mutasi di Dua Laluan Bebas Cukup Mencipta Nematod Hermaphroditic // Sains. 2009. V. 326. P. 1002-1005.

Lihat juga:
1) Eksperimen pada worm membuktikan bahawa lelaki adalah perkara yang berguna, "Unsur", 10.23.2009.
2) Haag AS, 2005. Evolusi penentuan seks nematoda: C. elegans sebagai rujukan bagi biologi perbandingan.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: