Группа ученых во главе с Джеймсом Уменом, доктором философии, ассоциированным членом Enterprise Institute for Renewable Fuels в Центре науки о растениях Данфорта, определила главный регуляторный ген для определения пола у Volvox и обнаружила, что он приобрел новые функции по сравнению с родственный ген у его близкого родственника, одноклеточной водоросли Chlamydomonas reinhardtii, у которой нет физически различимых (диморфных) полов. Их результаты будут опубликованы в журнале с открытым доступом PLOS Biology 8 июля и могут также дать возможную схему происхождения полов в других многоклеточных организмах, таких как растения и животные.Для растений и животных наличие мужских и женских репродуктивных клеток или гамет является нормой, и различия между двумя типами гамет очевидны.
Мужские гаметы — это маленькие подвижные сперматозоиды или пыльца, а женские гаметы — большие яйцеклетки. Однако эволюционное происхождение мужского и женского пола неясно, потому что далекие одноклеточные родственники растений, животных и других многоклеточных видов обычно не имеют разных полов, а вместо этого имеют типы спаривания — систему, в которой гаметы одного типа спаривания могут только сливаются с клетками с другим типом спаривания, но клетки каждого типа спаривания неотличимы друг от друга по размеру и морфологии.В отличие от растений и животных, одноклеточные предки которых очень отдаленно связаны, мужские и женские полы у Volvox эволюционировали относительно недавно от типов спаривания у предка, похожего на Chlamydomonas. Во время предыдущего исследования Умен и его коллеги — постдокторанты Са Генг и Питер ДеХофф — идентифицировали у самцов Volvox ген под названием MID, чей аналог у Chlamydomonas, как известно, контролирует дифференциацию его двух типов спаривания, называемых «плюс» и «». минус."
Заставив генетически женскую особь Volvox экспрессировать MID, команда во главе с Уменом смогла преобразовать то, что должно было быть яйцеклетками, в пакеты функциональных сперматозоидов. И наоборот, используя метод инактивации генов, называемый РНК-интерференцией (RNAi), ученые из Данфорта смогли заблокировать экспрессию MID у генетических мужчин, заставляя их развиваться с функциональными яйцеклетками вместо их пакетов спермы. Команда даже смогла использовать свои штаммы со сменой пола для проведения успешных вязок между парами генетически мужских или генетически женских вольвоксов. Важно отметить, что даже несмотря на то, что гены MID двух видов водорослей родственны, ген MID Chlamydomonas не смог заменить Volvox MID.
Открытие главного регуляторного гена для полов и типов спаривания в этой группе зеленых водорослей показывает, что эти две формы воспроизводства имеют общее генетическое происхождение, и намек на то, что аналогичный эволюционный сценарий может лежать в основе происхождения полов у животных, растений и других животных. многоклеточные линии.В дополнение к эволюционным открытиям, полученным исследовательской группой Уменя, есть также практическое значение для биотехнологии водорослей. «Как и в случае с культурными растениями, селекция будет важным инструментом для создания улучшенных штаммов водорослей, которые могут служить в качестве сырья для биотоплива или для других целей. Однако половое размножение у большинства видов водорослей изучено плохо.
Выявление законсервированных нормативных требований ген, который контролирует пол и спаривание в водорослях, может дать ключ к разгадке того, как контролируется пол в других родственных группах водорослей, которые используются для биотехнологических применений », — сказал Умен.