Разгадка 100-летней генетической загадки: пол пчелы определяется "броском молекулярных игральных костей"

Ученые из Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе в своем новаторском исследовании наконец-то разгадали тайну определения пола пчелы. Исследование, опубликованное в научном журнале Science Advances, показывает, что ключевой ген, известный как "Csd" (Complementary sex determiner), играет решающую роль в определении пола пчел. Это открытие проливает свет на сложный процесс, который веками озадачивал ученых.

Пол живого существа оказывает глубокое влияние на его физические характеристики, функции и поведение. Понимание того, как определяется пол, очень важно для понимания развития и эволюции различных видов. Например, у человека наличие или отсутствие "Y-хромосомы" определяет, будет ли индивид мужчиной или женщиной.

Изучение определения пола у пчел началось в 1845 г., когда силезский священник Иоганн Дзерзон исследовал механизмы размножения медоносных пчел (Apis mellifera). Среди многочисленных находок он обнаружил бесполое размножение самцов пчел, известных как "трутни".

В отличие от человека, у пчел нет единственной хромосомы, определяющей пол. Исследовательская группа под руководством профессора д-ра Мартина Бейе из Института эволюционной генетики HHU установила, что единственный ген, известный как Csd, определяет пол пчел с помощью уникального механизма.

Ген Csd может иметь более 100 вариаций, или аллелей. В некоторых случаях, например, у цветов, разные аллели гена могут определять цвет лепестков. У пчел, оплодотворенных половым путем, существует два варианта гена Csd, что обусловлено сочетанием наборов хромосом из яйцеклетки и сперматозоида.

Исследователи совершили значительный прорыв, обнаружив, что если два аллеля гена Csd различны, то развивается пчела женского пола. Если же аллели одинаковы на обеих хромосомах, то развивается пчела-самец. Чтобы предотвратить инбридинг, рабочие пчелы не высиживают яйца, из которых могут появиться самцы.

Вопрос о том, как происходит определение пола на молекулярном уровне, до сих пор оставался без ответа. Доктор Марианна Отте, ведущий автор исследования, объясняет, что каждый аллель гена Csd производит свой вариант связанного с ним белка Csd. Эти белки отличаются незначительно и могут связываться друг с другом только для того, чтобы активировать молекулярный переключатель, определяющий развитие пчелиной самки. Если белки одинаковые, то они связываются по-разному, и переключатель не активируется, в результате чего развивается самец.

Профессор Бейе сравнивает этот молекулярный механизм с игрой с двумя игральными костями, в которой для выращивания новой пчелы - самки - необходимо выбросить два разных числа. Этот сложный процесс обеспечивает генетическое разнообразие и предотвращает инбридинг в пчелиных колониях.

В отличие от пчел, оплодотворяющихся половым путем, трутни развиваются из неоплодотворенных яиц. В результате эти пчелы-самцы обладают только простым набором хромосом с идентичными белками Csd. Для получения трутней пчелиная матка намеренно не добавляет сперматозоиды во время кладки яиц.

Это новаторское исследование дает ценное представление о сложном мире определения пола у пчел. Понимание генетических и молекулярных механизмов, лежащих в основе этого процесса, крайне важно для дальнейших исследований эволюционной биологии и репродуктивных стратегий различных видов.