Ученые выяснили что женская хромосома сибирского шелкопряда произошла от мужской
Ученые из Института систематики и экологии животных СО РАН с коллегами впервые смогли полностью расшифровать W-хромосому сибирского шелкопряда.
Источник: Владимир Лухтанов (Зоологический институт РАН) и Наталья Кириченко (Институт леса имени В.Н. Сукачева СО РАН). Бабочка сибирского шелкопряда и хромосомы в ядрах клеток самки сибирского шелкопряда: стрелками отмечены женские W-хромосомы
МОСКВА, 14 апреля. /Новости науки/. Российские ученые впервые расшифровали женскую половую хромосому сибирского шелкопряда — одного из самых опасных вредителей хвойных лесов — и выяснили, что она возникла из мужской хромосомы того же вида. Это открытие помогает лучше понять, как у бабочек формируется пол, и может пригодиться для поиска новых способов борьбы с лесным вредителем. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Biology and Evolution, сообщает пресс-служба РНФ.
Как известно, у людей мужской пол определяется набором хромосом XY, а женский — XX. У большинства бабочек система иная: самцы имеют набор ZZ, а самки — WZ. При этом именно женская W-хромосома у разных видов остается одной из самых малоизученных частей генома, потому что ее особенно трудно прочитать.
Ученые из Института систематики и экологии животных СО РАН с коллегами впервые смогли полностью расшифровать W-хромосому сибирского шелкопряда. Для этого они выделили ДНК из самки насекомого и с помощью нескольких современных методов секвенирования определили последовательности всех 30 хромосом этого вида.
Анализ показал, что более 80% W-хромосомы состоит из повторяющихся элементов, похожих на вирусные вставки и транспозоны — так называемые прыгающие гены. Большинство этих участков оказались сравнительно молодыми. Это значит, что современная W-хромосома у самок сибирского шелкопряда сформировалась относительно недавно по эволюционным меркам.
Главный вывод работы связан с происхождением этой хромосомы. Когда ученые сравнили женскую W-хромосому с мужской Z-хромосомой, они обнаружили у них длинные сходные участки, особенно по краям. Это стало первым прямым доказательством того, что женская хромосома у сибирского шелкопряда возникла из мужской, а затем сильно изменилась.
Чтобы проверить, уникален ли такой путь, исследователи изучили W-хромосомы еще у двух близкородственных видов из того же семейства. Оказалось, что и у них женские хромосомы тоже произошли от мужских Z-хромосом. По мнению авторов, это означает, что в эволюции таких бабочек W-хромосомы возникали независимо много раз, но по одному и тому же сценарию.
Еще одна важная находка касается бактерии вольбахии, которая живет в клетках многих насекомых и передается только по материнской линии. В W-хромосоме сибирского шелкопряда ученые нашли встроенные фрагменты ДНК этой бактерии.
Вольбахия известна тем, что может влиять на размножение хозяина — например, снижать выживаемость мужских зародышей и менять развитие зараженных насекомых. Поэтому исследователи не исключают, что этот микроорганизм мог сыграть роль в эволюции половой системы сибирского шелкопряда.
«Важный практический результат нашей работы состоит в том, что мы обнаружили гены бактерии вольбахии, встроенные в женскую хромосому сибирского шелкопряда. Поскольку вольбахия умеет управлять размножением насекомых, и у данного вида уровень ее встречаемости невероятно высок, возможно, данный микроорганизм вовлечен в эволюцию полового размножения сибирского шелкопряда», — рассказал руководитель проекта Вячеслав Мартемьянов.
По его словам, полная расшифровка генома этого вредителя на хромосомном уровне открывает возможности для разработки молекулярных методов контроля его численности.
Сибирский шелкопряд широко распространен в России и наносит большой ущерб хвойным лесам. Поэтому новые данные о его генетике могут быть важны не только для фундаментальной науки, но и для защиты лесов.
Как известно, у людей мужской пол определяется набором хромосом XY, а женский — XX. У большинства бабочек система иная: самцы имеют набор ZZ, а самки — WZ. При этом именно женская W-хромосома у разных видов остается одной из самых малоизученных частей генома, потому что ее особенно трудно прочитать.
Ученые из Института систематики и экологии животных СО РАН с коллегами впервые смогли полностью расшифровать W-хромосому сибирского шелкопряда. Для этого они выделили ДНК из самки насекомого и с помощью нескольких современных методов секвенирования определили последовательности всех 30 хромосом этого вида.
Анализ показал, что более 80% W-хромосомы состоит из повторяющихся элементов, похожих на вирусные вставки и транспозоны — так называемые прыгающие гены. Большинство этих участков оказались сравнительно молодыми. Это значит, что современная W-хромосома у самок сибирского шелкопряда сформировалась относительно недавно по эволюционным меркам.
Главный вывод работы связан с происхождением этой хромосомы. Когда ученые сравнили женскую W-хромосому с мужской Z-хромосомой, они обнаружили у них длинные сходные участки, особенно по краям. Это стало первым прямым доказательством того, что женская хромосома у сибирского шелкопряда возникла из мужской, а затем сильно изменилась.
Чтобы проверить, уникален ли такой путь, исследователи изучили W-хромосомы еще у двух близкородственных видов из того же семейства. Оказалось, что и у них женские хромосомы тоже произошли от мужских Z-хромосом. По мнению авторов, это означает, что в эволюции таких бабочек W-хромосомы возникали независимо много раз, но по одному и тому же сценарию.
Еще одна важная находка касается бактерии вольбахии, которая живет в клетках многих насекомых и передается только по материнской линии. В W-хромосоме сибирского шелкопряда ученые нашли встроенные фрагменты ДНК этой бактерии.
Вольбахия известна тем, что может влиять на размножение хозяина — например, снижать выживаемость мужских зародышей и менять развитие зараженных насекомых. Поэтому исследователи не исключают, что этот микроорганизм мог сыграть роль в эволюции половой системы сибирского шелкопряда.
«Важный практический результат нашей работы состоит в том, что мы обнаружили гены бактерии вольбахии, встроенные в женскую хромосому сибирского шелкопряда. Поскольку вольбахия умеет управлять размножением насекомых, и у данного вида уровень ее встречаемости невероятно высок, возможно, данный микроорганизм вовлечен в эволюцию полового размножения сибирского шелкопряда», — рассказал руководитель проекта Вячеслав Мартемьянов.
По его словам, полная расшифровка генома этого вредителя на хромосомном уровне открывает возможности для разработки молекулярных методов контроля его численности.
Сибирский шелкопряд широко распространен в России и наносит большой ущерб хвойным лесам. Поэтому новые данные о его генетике могут быть важны не только для фундаментальной науки, но и для защиты лесов.
