Раскрыты уникальные сдвиги в работе генов при формировании куколок насекомых

Российские ученые впервые детально изучили то, как меняется уровень активности большого числа генов на разных стадиях метаморфоза, биологического процесса, в рамках которого личинки насекомых превращаются в куколки и взрослые особи. Эти опыты указали на уникальные перемены в работе этих участков ДНК, отличающие метаморфоз от процесса формирования зародыша, сообщила пресс-служба "Сколтеха" (входит в группу ВЭБ.РФ).

Как отмечается в сообщении, значительная часть насекомых на Земле, в том числе жуки, комары, мухи, пчелы и бабочки, обладают совершенно разным обликом и средой обитания во время личиночной и взрослой стадии жизни. Их облик меняется в результате метаморфоза, уникального биологического процесса, в рамках которого фактически весь организм будущего взрослого насекомого, в том числе ключевые органы его тела, радикально перестраивается.

Биологов и генетиков давно интересует то, как возникла эта способность насекомых примерно 400 млн. лет назад и какие участки их ДНК играют ключевую роль в этих превращениях. Раскрытие "генетической программы" метаморфоза поможет разработать новые методики борьбы с вредителями, а также позволит найти новые, более эффективные методы производства различных материалов, в том числе шелка, красителей и других ценных продуктов.

"Ранее мы показали, что метаморфоз похож на эмбриогенез, то есть развитие организма от оплодотворенной яйцеклетки до появления сформированного зародыша. Для эмбриогенеза есть гипотеза "песочных часов": в самой середине эмбриогенеза есть "узкое горлышко", в котором разные виды похожи друг на друга, то есть гены активируются очень похожим образом. Мы проверяли, применима ли эта гипотеза к метаморфозу", - пояснила исследователь из "Сколтеха" Александра Озерова, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Руководствуясь этой идеей, ученые всесторонне изучили процесс метаморфоза двух видов дрозофил - Drosophila melanogaster и Drosophila virilis. Для замеров уровня активности генов исследователи периодически забирали пробы клеток на разных стадиях развития яиц, личинок и куколок и отслеживали то, как меняется концентрация РНК-копий этих участков ДНК, которые клетки используют для производства белков и сигнальных молекул.

Эти замеры показали, что сдвиги в работе генов у того, и другого вида мушек при образовании куколок были больше всего похожими на первых и последних стадиях, тогда как в середине этого процесса наблюдалось наибольшее разнообразие, что противоречит гипотезе "песочных часов". Это говорит о том, что активность генов во время метаморфоза меняется уникальным образом, причем ключевую роль в этих процессах, как обнаружили ученые, играют не древние, а новые гены, появившиеся у насекомых относительно недавно. Их изучение поможет раскрыть историю эволюции метаморфоза, подытожили исследователи.