07.04.2010

Генетический конфликт цихлид привел к появлению новых половых хромосом

Биологи из Университета Мэриленда составили генетическую карту половых хромосом нескольких групп цихлид из озера Малави, Восточная Африка, и обнаружили механизм, по которому могут развиваться новые половые хромосомы.

В исследовании, опубликованном в журнале "Наука" (1 октября, 2009 г.), профессор Томас Д. Кочер (факультет биологии Колледжа Химии и Естественных наук); Рид Робертс, исследователь, окончивший аспирантуру; и Дженнифер Сер, исследователь, описали генетическое обоснование для двух сосуществующих систем полового определения цихлид из озера Малави.

Почти у всех млекопитающих ген, определяющий пол потомства, находится в хромосоме Y, которая значительно меньше Х-хромосомы. Но у многих других групп животных генетический механизм определения пола развивается значительно быстрее, и трудно наблюдать разницу между половыми хромосомами.

Даже у родственных разновидностей рыб могут быть совершенно различные системы определения пола. Как и почему генетические механизмы столь древнего различия, связанного с развитием, продолжают изменять, остается тайной. Тысячи близких по виду цихлид в озерах Восточной Африки оказались отличной моделью общей системы для того, чтобы понять, как развиваются механизмы определения пола.

Самки цихлид в озере Малави преимущественно являются серыми с коричневым хребтом, что делает этих хищников неприметными. Доктор Кочер и Доктор Робертс полагают, что оранжевое пятно наверху появилось, как новая мутация среди самок, и является хорошим преимуществом, обеспечивая альтернативный вид маскировки.

Цихлиды Восточной Африки, которые проживают в озерах Малави, Танганьика и Виктория известны особыми различиями во внешнем виде полов. Самцы преимущественно заметны и обладают яркими цветами, что делает их очень привлекательными для самок, в то время как самки серые и коричневые, что делает их неприметными хищниками.

Одним исключением в коричневой пигментации среди самок является оранжевое пятно, которое появляется у некоторых самок цихлид, проживающих на скалистых участках озера Малави. Данная особенность знакома многим любителям и профессионалам, занимающимся разведением и селекцией аквариумных рыбок.

"Мы считаем, что оранжевое пятно появилось как новая форма мутации самок и имеет важное отборное значение, играя роль нового способа маскировки" - говорит Доктор Кочер, который последние двадцать лет проводил исследование, чтобы определить генетическое обоснование различных фенотипов среди цихлид. Он же в 1993 году первым провел скрещивание, чтобы определить ген, отвечающий за цвет.

В зависимости от общего фона окружающей среды, это цветное пятно может помочь самке замаскироваться и избежать встречи с хищником. Однако самцы, относящиеся к тому же фенотипу, испытывают недостаток в подобных цветных пятнах, используемых самками, чтобы стать помощниками для них.

"Этот фенотип создает конфликт полов, потому что аллель (наследственный ген) присутствует у самок, но его нет у самцов" - объясняет Доктор Робертс, который прекрасно отобразил данный ген. "В борьбе за выживание гены, которые лежат в основе полезных особенностей, увеличатся в частоте. Но это необычный случай, когда данная черта хороша для самок и очень плоха для самцов".

Используя геномные технологии, Робертс обнаружил ген (pax7), который отвечает за это различие, выражающееся в наличии цветного пятна. Он обнаружил, что оранжевое пятно – это аллель, которая производит переменную пигментацию у самок и является доминирующей над «запретной коричневой» аллелью (которая отвечает за общую коричневую пигментацию). Обнаруженная аллель находилась очень близко к детерминативу женского пола. Генетический конфликт, который начался через цвет, разрешился новой мутацией, которая теперь выполняет функцию определения пола и позволяет смело утверждать, что рыба с оранжевым пятном – это самка.

"Это исследование объединяет две тайны эволюции: невероятное разнообразие рыбы в озерах Восточной Африки и генетическое обоснование механизму определения пола" - говорит Сэм Шейнер, руководитель программы подразделения Экологической Биологии при Национальном Научном Фонде, который финансировал исследование. "Это исследование показывает как простые генетические изменения могут привести к огромному биологическому разнообразию".

Самцам не выгодно иметь отдельные цветные пятна, они должны представать в яркой окраске, чтобы привлекать огромное количество самок (на верхнем фото показана нормальная окраска самца, а рыба на фото снизу демонстрирует отдельные цветные пятна).

Источники:

1. globalscience.ru