Ученые нашли общий ген определения пола у пчел и муравьев

Самец и самка красного каменщика в процессе спаривания. Автор: Мари Луиз Хюскенс.

Большинство видов на Земле существуют в виде двух биологических полов, и обмен генами между самцами и самками жизненно важен для их выживания. Однако то, что фактически определяет, разовьется ли особь в самца или самку, сильно различается у разных видов.

У людей пол определяется X и Y хромосомами: особи с XY становятся мужчинами, а с XX — женщинами. Единственный ген на Y-хромосоме, SRY, действует как переключатель, запускающий развитие по мужскому типу.

Однако у многих других видов механизм совершенно иной. У насекомых, таких как пчелы, осы и муравьи, пол определяется через систему, известную как гаплодиплоидия, которая встречается примерно у 12% видов животных. В этом механизме определения пола самки развиваются из оплодотворенных яиц и имеют два набора хромосом, а самцы развиваются из неоплодотворенных яиц и обладают только одним набором.

У медоносных пчел исследователи обнаружили более двух десятилетий назад, что ген под названием csd контролирует этот удивительный процесс. Особи, несущие две разные версии гена csd, развиваются в самок, тогда как те, у кого только одна версия, становятся самцами. Однако до сих пор было неясно, используют ли другие 20 000 видов пчел тот же генетический переключатель.

Чтобы раскрыть эту загадку, исследовательская группа Мэттью Уэбстера из Уппсальского университета секвенировала весь геном красного каменщика (Osmia bicornis) — обычного вида, часто встречающегося в пчелиных отелях в садах по всей Европе. Они тщательно проанализировали сотни гнезд, чтобы выявить необычно крупных самцов — редких особей, несущих две идентичные копии гена, определяющего пол.

Сравнив их геномы, они смогли точно определить местоположение гена, ответственного за определение пола у этого вида. Их выводы были опубликованы на этой неделе в журнале PLoS Biology.

Красный каменщик в полете. Автор: Жиль Сан Мартин.

Красный каменщик. Автор: Тим Ворфолк.

Исследователи с удивлением обнаружили, что идентифицированный ген, ANTSR, — это тот же самый ген, который, как недавно было показано, контролирует пол у одного из видов муравьев. ANTSR является геном длинной некодирующей РНК, что означает, что он не преобразуется в белок.

В зависимости от количества присутствующих копий он действует как переключатель, запускающий процесс развития в сторону мужского или женского пола. Обнаружение того, что этот ген имеет консервативную функцию у пчел и муравьев, позволяет предположить, что он работал как ген определения пола более 150 миллионов лет.

«Это действительно удивительно, потому что это означает, что ANTSR может быть основным геном определения пола, используемым более чем 150 000 видов пчел, ос и муравьев, — сказал Мэттью Уэбстер, старший автор исследования. — Мы до сих пор не понимаем, как вариация в этом гене генерирует сигнал, запускающий развитие самца или самки. Причина, по которой медоносные пчелы используют другой ген определения пола, также остается загадкой».

Это открытие приближает исследователей на большой шаг к пониманию того, как системы определения пола эволюционировали у пчел и муравьев, и молекулярных механизмов, лежащих в основе гаплодиплоидной системы определения пола. Это важно для понимания того, как генетическое разнообразие в рамках этих систем помогает поддерживать здоровые популяции. Выводы также могут иметь значение для программ по сохранению пчел и их разведению, поскольку они дают ключевое представление о генетике, лежащей в основе размножения этих важных опылителей.

Больше информации: Tilman Rönneburg et al, Genetic mapping in the red mason bee implicates ANTSR as an ancient sex-determining locus in bees and ants, PLOS Biology (2025). DOI: 10.1371/journal.pbio.3003458

Источник: Uppsala University