«Мы надеемся, что понимание генетики, лежащей в основе адаптации Dark-fly, прольет свет на то, как отбираются гены в процессе быстрой эволюции», — говорит руководитель исследования Наоюки Фусе из Университета Киото. Проект Dark-fly — самый продолжительный пример экспериментального исследования эволюции, в котором ученые следят за популяцией на протяжении многих поколений. Это также первый анализ эволюции генома многоклеточного организма, адаптированного к определенным условиям в лаборатории.
Проект был инициирован Мори как часть серии экспериментов по изучению того, как черты плодовых мушек меняются в ответ на изменения в их среде. Плодовая муха Drosophila melanogaster — хорошо изученный модельный организм, который часто используется для изучения генетических изменений в ходе эволюции. Чтобы мухи не попадали на свет, их разводят во флаконах, которые хранят в большом горшке, выкрашенном изнутри в черный цвет и накрытом плотной тканью.
Когда необходимо заменить флаконы и еду, исследователи обращаются к мухам в кромешной тьме, а затем используют слабый красный свет, чтобы проверить свою работу. Плодовые мушки не могут видеть этот свет, потому что у этого вида отсутствуют те световые рецепторные белки, которые поглощают красные волны.Когда Мори ушел на пенсию, он передал драгоценные стайки мух своим коллегам из Киотского университета, которые поддерживают их и по сей день.
Мухи провели без света более 1500 поколений. С человеческой точки зрения, это было бы похоже на изоляцию поколений наших предков в темноте на 30 000 лет.Сегодня Dark-fly выглядит почти идентично нормальному (дикому типу) D. melanogaster, но разновидность также немного отличается. Например, особи темной мухи больше передвигаются в ответ на внезапное воздействие света даже после того, как целое поколение прожили в нормальных циклах день / ночь.
Они также более чувствительны к определенным запахам и имеют более длинные щетинки на голове, которые являются органами чувств, которые служат аналогом кошачьих усов у плодовой мушки. Темная муха также дает больше потомства, когда содержится в постоянной темноте, чем при чередовании света и темноты.Но хотя Dark-fly лучше работает в темноте, чем на свету, он более приспособлен, чем дикий тип, к своей тусклой среде?
Команда проверила эту гипотезу, поместив два типа плодовых мушек вместе, позволив им спариваться наугад, а затем оценив происхождение мух, которые составили следующие поколения. Результаты показали, что Dark-fly имеет конкурентное преимущество в воспроизводстве над диким типом при выращивании в темноте.
Fuse предполагает, что это может быть связано с различиями в передаче сигналов феромона, когда мухи выбирают себе пару, или с измененными циркадными ритмами спаривания или поведения во сне.Какие гены отвечают за адаптацию к темным условиям? Ранее команда секвенировала геном темной мухи, выявив мутации, которые отличают его от генома дикого типа. Но не многие из этих генетических вариантов, вероятно, ответственны за адаптации, которые помогают Темной мухе процветать без света; многие варианты могут не иметь эффекта или влиять на несвязанные черты.
Чтобы отточить гены адаптации к темноте, команда провела еще одно экспериментальное исследование эволюции.Сначала они вырастили темных и обычных мух в смешанных колониях, что позволило этим двум типам свободно скрещиваться в течение 49 поколений. Эти колонии поддерживали в постоянной темноте и сравнивали с контрольными колониями с нормальными 24-часовыми циклами свет / темнота. С каждым поколением те мухи, которые дали наибольшее количество потомков, вносили все больше своих генов в колонию в целом.
Поскольку геномы двух типов мух смешались, гены, ответственные за уникальные адаптации Темной мухи, должны стать более распространенными в колонии, содержащейся в темноте. Чтобы найти эти гены, команда секвенировала геномы мух в начале и в конце эксперимента и искала генетические варианты, происходящие от Dark-fly, которые стали более распространенными только в темноте.Такие варианты были расположены в 28 областях генома темной мухи.
Из этих регионов исследователи сузили кандидатов до 84 генов. Среди этих кандидатов, вероятно, есть гены, связанные с адаптивными к темноте чертами.
К ним относятся гены, кодирующие химические рецепторы, и гены, участвующие в синтезе феромонов, формировании воспоминаний об запахе и циркадных ритмах. В будущей работе команда изучит деятельность и функции этих кандидатов, чтобы связать их с конкретными адаптациями Dark-fly.«Вскоре у нас будет возможность провести эксперимент моей мечты: использовать технологию редактирования генома, чтобы ввести определенные мутации в дикий тип, чтобы попытаться воспроизвести черты Темной мухи.
Это даст нам точный молекулярный профиль этого замечательного примера эволюция в лаборатории », — говорит Фьюз.
