Малые РНК повышают половую привлекательность нематод в ответ на стресс

В популяции нематоды Caenorhabditis elegans присутствуют гермафродитные и мужские особи. Гермафродитные особи могут размножаться как самооплодотворением, так и половым путем. Спаривание связано со значительными рисками и энергозатратами. При этом в стрессовых условиях нематоды спариваются чаще обычного. Более того, старые особи, уже не способные секретировать сперму для самооплодотворения, выпускают в окружающую среду феромоны, привлекающие мужских особей для спаривания. Точные механизмы подобных процессов до сих пор не были изучены. Ученые из Тель-Авивского университета (Израиль) показали, что половая привлекательность у нематод наследуется, и наследование обусловлено малыми интерферирующими РНК (миРНК).

В первую очередь ученые проверили влияние различных стрессов на половую привлекательность нематод. Мужских особей помещали в специальный контейнер, с одной стороны которого находилась среда с личинками нематоды на определенной стадии развития. В нормальных условиях личинки такого возраста не выделяют феромоны. Если стресс провоцирует нематод на выделение «привлекательного» феромона, то мужские особи за счет хемотаксиса должны передвигаться в сторону среды с феромонами. Эксперимент показал, что кратковременный (на протяжении одного поколения) стресс не влияет на привлекательность молодых нематод. Но культивирование при 25°C (такая температура дает легкий стресс) на протяжении 10–15 поколений вызывает преждевременную половую привлекательность и стимулирует хемотаксис мужских особей. При ссаживании мужских особей с гермафродитными нематодами, выращенными в нормальных и стрессовых условиях, мужские особи чаще выбирали для спаривания последних.

Ученые обнаружили, что половая привлекательность сохраняется на протяжении трех поколений после пересадки из стрессовых в нормальные условия. Опираясь на результаты более ранних работ, они предположили, что привлекательность наследуется, и отвечают за наследование малые РНК. Для проверки этой гипотезы ученые вывели линию нематод с отключаемым HRDE-1 — белком, необходимым для наследования малых интерферирующих РНК. В отсутствие функционального HRDE-1 привлекательность, а значит, и малые интерферирующие РНК не наследуются.

Чтобы выяснить, какие именно сигнальные пути задействованы в наследовании привлекательности, ученые повторили эксперимент с хемотаксисом, используя нематод с мутациями в различных генах, связанных с малыми РНК. Эксперимент показал, что нематоды, несущие мутации в генах meg-3 и meg-4, демонстрируют преждевременную половую привлекательность, и эта привлекательность наследуется.

Гены meg-3/4 вовлечены в сигнальные пути, связанные с секрецией спермы. Ранее было показано, что при воздействии высоких температур на протяжении 10 поколений у нематод нарушается нормальная секреция спермы. Ученые также наблюдали снижение численности потомства от самооплодотворения у нематод, несущих мутации в meg-3/4. Эти данные позволяют предположить, что наследуемые малые РНК атакуют гены, обеспечивающие нормальное выделение спермы, что в свою очередь провоцирует повышенную половую привлекательность.

Наконец, на основе полученных данных авторы работы создали компьютерную модель для предсказания динамики популяционно-генетической структуры нематод. Модель применили для анализа распространения в популяции редкого аллеля, обеспечивающего половую привлекательность. По результатам моделирования, аллель будет распространяться при соблюдении двух условий: воздействие факторов стресса на протяжении многих поколений и повышенное количество мужских особей. Эти результаты подтвердились в экспериментах на нематодах.

В целом авторы считают, что процесс наследуемого повышения половой привлекательности в стрессовых условиях способствует лучшей адаптации и может влиять на эволюцию нематод. Дальнейшее изучение биологических стратегий приспособления к температурному стрессу необходимо для сохранения биоразнообразия в условиях глобального потепления.