Петух или курица: все решает спорный ген
В течение последнего десятилетия ученые неоднократно пытались выявить ген, отвечающий за определение пола у птиц.
На этой неделе стало известно, что этим неуловимым геном является DMRT1 на хромосоме Z. Открытие этого гена несомненно, очень важно для специалистов в данной области. Более интересен, однако, тот факт, что это достижение ученых помогает закрыть большой пробел в нашем знании об эволюции половых хромосом позвоночных и в том числе человека.
Наравне с человеком и другими млекопитающими, пол у птиц определяется генами на специальных половых хромосомах. Самки млекопитающих обладают двумя Х хромосомами, а самцы одной Х хромосомой и одной Y. Хромосома Y кодирует SRY (Seх-determining region, дословно — отрезок (ДНК), определяющий пол) ген, который напрямую отвечает за развитие мужских половых органов. У птиц же, напротив, самцы обладают двумя Z хромосомами, а самки одной Z и одной W. Очевидно, Z и W хромосомы, также как и Х и Y, произошли от пары неполовых (аутосомальных) хромосом. В ходе развития одна из хромосом приобрела ген, отвечающий за развитие половых органов, и в то же время утратила большую часть неполовых генов. Ученым не удалось обнаружить ген SRY на хромосоме Z у птиц. По всей видимости, специального гена, определяющего женское половое развитие, на хромосоме W также не существует. Поэтому точный механизм определения пола у птиц долго оставался нераскрытым.
На протяжении лет ученые подозревали, что белок DMRT1 (doublesex and mab-3-related transcription factor 1), который производится только в семеннике (мужской половой железе), может играть важную роль в определении полового развития у птиц. Ген этого белка находится на хромосоме Z. В то время, как самки обладают только одной Z хромосомой, у самцов их 2, и соответственно целых 2 копии гена DMRT1. При этом транскрипция гена происходит на обеих Z хромосомах, то есть уровень белка DMRT1 у самцов в 2 раза выше, чем у самок.
В выпуске журнала Nature от 10 сентября 2009 года, доктору Крэгу Смиту (Craig A. Smith) и его коллегам удалось, наконец, экспериментально доказать, что пол у птиц определяется количеством белка DMRT1. Эксперименты проводились с эмбрионами цыплят. Ученые частично заблокировали активацию гена у эмбрионов с генотипом ZZ. В результате этого эксперимента половые железы цыплят стали напоминать скорее яичники (женские половые железы), чем семенники. Очевидно, пониженный уровень DMRT1 уже не был способен обеспечить нормальное развитие мужских половых органов.
Почему же это открытие так важно? Дело в том, что до сего времени очень мало было известно об эволюции половых хромосом, которые определяют фундаментальные различия между женскими и мужскими организмами. Теперь же, зная столь значимую роль гена DMRT1, мы можем проследить эволюцию этого гена от древних предков позвоночных до современных рептилий, птиц и млекопитающих. Вполне вероятно, что ген DMRT1 отвечал за определение пола у всех предков современных высших позвоночных, в то время как ген SRY у сумчатых и млекопитающих приобрел эту роль по эволюционным меркам совсем недавно.
Наравне с человеком и другими млекопитающими, пол у птиц определяется генами на специальных половых хромосомах. Самки млекопитающих обладают двумя Х хромосомами, а самцы одной Х хромосомой и одной Y. Хромосома Y кодирует SRY (Seх-determining region, дословно — отрезок (ДНК), определяющий пол) ген, который напрямую отвечает за развитие мужских половых органов. У птиц же, напротив, самцы обладают двумя Z хромосомами, а самки одной Z и одной W. Очевидно, Z и W хромосомы, также как и Х и Y, произошли от пары неполовых (аутосомальных) хромосом. В ходе развития одна из хромосом приобрела ген, отвечающий за развитие половых органов, и в то же время утратила большую часть неполовых генов. Ученым не удалось обнаружить ген SRY на хромосоме Z у птиц. По всей видимости, специального гена, определяющего женское половое развитие, на хромосоме W также не существует. Поэтому точный механизм определения пола у птиц долго оставался нераскрытым.
На протяжении лет ученые подозревали, что белок DMRT1 (doublesex and mab-3-related transcription factor 1), который производится только в семеннике (мужской половой железе), может играть важную роль в определении полового развития у птиц. Ген этого белка находится на хромосоме Z. В то время, как самки обладают только одной Z хромосомой, у самцов их 2, и соответственно целых 2 копии гена DMRT1. При этом транскрипция гена происходит на обеих Z хромосомах, то есть уровень белка DMRT1 у самцов в 2 раза выше, чем у самок.
В выпуске журнала Nature от 10 сентября 2009 года, доктору Крэгу Смиту (Craig A. Smith) и его коллегам удалось, наконец, экспериментально доказать, что пол у птиц определяется количеством белка DMRT1. Эксперименты проводились с эмбрионами цыплят. Ученые частично заблокировали активацию гена у эмбрионов с генотипом ZZ. В результате этого эксперимента половые железы цыплят стали напоминать скорее яичники (женские половые железы), чем семенники. Очевидно, пониженный уровень DMRT1 уже не был способен обеспечить нормальное развитие мужских половых органов.
Почему же это открытие так важно? Дело в том, что до сего времени очень мало было известно об эволюции половых хромосом, которые определяют фундаментальные различия между женскими и мужскими организмами. Теперь же, зная столь значимую роль гена DMRT1, мы можем проследить эволюцию этого гена от древних предков позвоночных до современных рептилий, птиц и млекопитающих. Вполне вероятно, что ген DMRT1 отвечал за определение пола у всех предков современных высших позвоночных, в то время как ген SRY у сумчатых и млекопитающих приобрел эту роль по эволюционным меркам совсем недавно.
