В крови самки родинки много тестостерона
Ткань семенников самки родинки не производит сперматозоидов, но вырабатывает большое количество полового гормона тестостерона, что означает, что у самок такой же высокий уровень, как и у самцов.
Предположительно, этот естественный «допинг» делает самок кротов агрессивными и мускулистыми, что является преимуществом для жизни под землей, где им приходится рыть норы и бороться за ресурсы.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, берлинские ученые теперь сообщают о генетических особенностях, которые приводят к такому характерному половому развитию родинок.
Согласно исследованию, именно изменения в структуре генома приводят к изменению контроля над генетической активностью. В дополнение к генетической программе развития яичек, это также стимулирует ферменты, вырабатывающие мужские гормоны у женщин.
Исследование было проведено международной командой под руководством профессора Стефана Мундлоса, руководителя исследовательской группы Института молекулярной генетики Макса Планка (MPIMG) и директора Института медицинской генетики и генетики человека в Шарите – Университет медицины Берлина и доктора. Дарио Лупианез, руководитель исследовательской группы Берлинского института медицинской системной биологии (BIMSB), который является частью Центра молекулярной медицины Макса Дельбрука в Ассоциации Гельмгольца (MDC).
Геномные механизмы эволюции
«Со времен Дарвина было общепризнано, что различный внешний вид живых организмов является результатом постепенных изменений в генетическом составе, которые передавались последующим поколениям», – говорит Мундлос. "Но как конкретно связаны изменения ДНК и их проявления во внешнем виде организма, и как мы можем выявить такие изменения??"
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи впервые полностью секвенировали геном иберийского крота (Talpa occidentalis). Более того, они исследовали трехмерную структуру генома внутри клетки.
В ядре гены и связанные с ними контрольные последовательности образуют регуляторные домены – относительно изолированные «окрестности», состоящие из больших областей, где участки ДНК часто взаимодействуют друг с другом.
«Мы предположили, что у родинок есть изменения не только в самих генах, но особенно в регуляторных областях, принадлежащих этим генам», – говорит Мундлос.
По словам исследователя, в ходе эволюции родинок изменились бы не только отдельные буквы ДНК, но и более крупные фрагменты генома.
Если сегменты ДНК перемещаются из одного места в другое, могут появиться совершенно новые или реорганизованные регуляторные домены и, таким образом, активировать новые гены и усилить или ослабить их экспрессию.
Программа развития яичек
«Половое развитие млекопитающих – сложный процесс, хотя у нас есть достаточно хорошее представление о том, как происходит этот процесс», – говорит Дарио Лупианес. "В определенный момент половое развитие обычно прогрессирует в том или ином направлении, мужское или женское. Мы хотели знать, как эволюция модулирует эту последовательность событий развития, обеспечивая интерсексуальные особенности, которые мы видим у родинок."
Фактически, сравнивая геном с геномом других животных и людей, команда обнаружила инверсию:.е., перевернутый геномный сегмент – в области, которая, как известно, участвует в развитии яичек.
Инверсия вызывает включение дополнительных сегментов ДНК в регуляторный домен гена FGF9, который реорганизует контроль и регуляцию гена. «Это изменение связано с развитием ткани яичек в дополнение к ткани яичников у женских родинок», – объясняет д-р. Франциска Мартинес Реал, ведущий автор исследования и научный сотрудник MPIMG, а также Института медицинской генетики и генетики человека в Шарите.
Команда также обнаружила троекратное повторение геномной области, ответственной за выработку мужских половых гормонов (андрогенов), в частности гена выработки андрогенов CYP17A1. «Тройка добавляет к гену дополнительные регуляторные последовательности, что в конечном итоге приводит к увеличению выработки мужских половых гормонов в яйцеклетках женских родинок, особенно большего количества тестостерона», – говорит Реал.
Дикие кроты и трансгенные мыши
Территориальные кроты нельзя хранить в лаборатории, что особенно затрудняло работу исследователей. «Нам пришлось провести все наши исследования диких кротов», – говорит Лупианез. Он и Реал провели месяцы на юге Испании, собирая образцы для своих экспериментов. «Однако этот недостаток также стал сильной стороной нашего исследования. Наши результаты не ограничиваются лабораторными животными, но распространяют наши знания на диких животных."
Исследовательская группа доказала, что две мутации генома на самом деле способствуют особой сексуальности самок родинок, создав модель мыши, в которой они имитируют геномные изменения, наблюдаемые у родинок. Из измененных животных у самок мышей уровень андрогенов был таким же высоким, как у нормальных мышей-самцов.
Они также были значительно сильнее своих неизменных сородичей.
Эволюция использует генетический инструментарий
Что касается родинок, то пол не так четко отделен друг от друга; вместо этого женщины переходят в спектр между типично женским и типично мужским фенотипами, т.е.е., они интерсексуалы.
«Наши результаты являются хорошим примером того, насколько важна трехмерная организация генома для эволюции», – говорит Лупианез. "Природа использует существующий набор инструментов генов развития и просто перестраивает их, чтобы создать такую характеристику, как интерсексуальность. При этом не затрагиваются другие системы органов и развитие."
«Исторически термин интерсексуальность вызывал серьезные споры», – говорит Мундлос. "Была и сохраняется тенденция характеризовать интерсексуальные фенотипы как патологические состояния. Наше исследование подчеркивает сложность полового развития и то, как этот процесс может привести к широкому спектру промежуточных проявлений, которые представляют собой естественные вариации."