Ген wom, полученный от отца, определяет пол осы Nasonia vitripennis

Оса Nasonia vitripennis — модельный организм для изучения генетики развития с гаплодиплоидным определением пола. Мужские особи развиваются из неоплодотворенных гаплоидных яиц, женские — из оплодотворенных диплоидных. Сигнал к развитию того или иного пола дает белок transformer (TRA). У самок сплайсинг пре-мРНК гена tra приводит к образованию рабочего белка TRA-F, который контролирует сплайсинг транскрипта doublesex (dsx) в изоформу, обеспечивающую развитие организма по женскому пути. При отсутствии TRA-F развитие идет по мужскому пути. Механизм, запускающий процесс определения пола, до сих пор был не раскрыт.

Ранее было сделано предположение, что материнская копия гена, определяющего пол, подвергается сайленсингу, а оплодотворенные яйца получают рабочую мужскую копию. При этом таким геном не может быть tra, так как в диплоидах экспрессируется и материнская, и отцовская копии.

В новой работе для поиска регуляторного гена ученые из Гронингенского и Вагенингенского университетов секвенировали транскриптомы ранних диплоидных и гаплоидных эмбрионов N. vitripennis. Экспрессия tra начинается через пять часов после откладки яиц, поэтому анализ проводили на яйцах через 2–5 часов после откладки.

Анализ дифференциальной экспрессии генов выявил только два локуса — ген tra и LOC103317656 (референсный геном Nvit_2.1, версия аннотации генома 101), которые экспрессировались в диплоидных эмбрионах в большей мере, чем в гаплоидных. LOC103317656, расположенный на первой хромосоме, был назван wasp overruler of masculinization (wom).

Ген wom состоит из трех экзонов (428, 268 и 1 512 п. н.) и двух интронов (79 и 87 п. н.). Продукт гена — белок, состоящий из 580 аминокислот. Остатки с 91 по 285 формируют ДНК-связывающий домен, подобный белку P53, а остатки 550–577 — биспиральный домен, который предположительно участвует в генной регуляции. Ген wom присутствует в геноме в виде двух антипараллельно расположенных копий (womA и womB), разделенных 31 т. п. н. Транскрибируются обе копии.

Экспрессия wom начинается через 2–3 часа после откладки яиц, достигает пика через 4–5 часов, резко снижается через 6–7 часов и больше не экспрессируется на протяжении жизни осы. Время экспрессии wom совпадает с пиком экспрессии tra, что подтверждает гипотезу о его функции в определении пола.

С помощью секвенирования и обработки рестриктазой Nhe I продуктов ОТ-ПЦР ученые доказали, что экспрессируется именно отцовская копия гена wom. При сайленсинге отцовской копии с помощью РНК-интерференции из диплоидных эмбрионов развивались мужские особи.

Существование гена wom объясняет случаи развития женских особей, происходящих от единственного родителя. У ос гинандроморфной линии HiCD12 полного сайленсинга материнской копии wom не происходит. Также триплоидные самки иногда производят диплоидных самок без оплодотворения. Это может объясняться нарушением дозировки или мутацией в гене wom.

В этой работе впервые указан ген wom как детерминанта пола у ос N. vitripenni. Ученые подтвердили гипотезу о сайленсинге материнской копии гена и о необходимости отцовской копии для развития особи женского пола.