Размножение тараканов можно остановить, выключив один ген

Группа китайских ученых исследовала распределение углеводородных феромонов у самцов и самок Blattella germanica — обычного рыжего таракана. Оказалось, что от пола тараканов зависит преобладание в клетках феромонов с определенной длиной углеводородной цепи.

Углеводороды, входящие в состав кутикулы насекомых (cuticular hydrocarbons, CHC), отличаются друг от друга длиной цепи, количеством и положением метильных групп и количеством ненасыщенных связей. Среди CHC есть сигнальные молекулы, играющие роль феромонов — веществ, с помощью которых регулируются социальные контакты насекомых. Наибольший интерес для исследователей представляют половые феромоны, отвечающие за размножение.

Разнообразие структур CHC определяется работой нескольких групп ферментов: элонгаз (Elo), синтаз жирных кислот (FAS) и десатураз (Desat). Cхема биосинтеза CHC, предположительно, выглядит так: сначала синтезируется линейная длинноцепочечная жирная кислота, потом она удлиняется с помощью элонгазы, превращаясь в жирную кислоту с очень большой длиной цепи, затем восстанавливается до спирта под воздействием редуктазы и преобразуется в углеводород за счет работы цитохрома p450.

 Предполагаемая схема биосинтеза кутикулярных углеводородов у B. germanica. АСС — ацетил-КоА-карбоксилаза; BgElo — элонгаза жирных кислот; BgFas1 — синтаза жирных кислот; CPR — NADPH-цитохром P450 редуктаза; CYP4G19 — цитохром P450 (окислительная декарбонилаза); FAR — ацил-КоА-редуктаза жирных кислот; HACD — 3-гидроксиацил-КоА-дегидратаза; KAR — 3-кетоацил-КоА-редуктаза; TER — транс-еноил-КоА-редуктаза. Credit: Xiao-Jin Pei, et al., PLOS, July 27, 2021; DOI: 10.1371/journal.pbio.3001330 | CC BY 4.0

Ученые экстрагировали CHC из взрослых тараканов и изучали их распределение у особей разных полов. Выяснилось, что решающим фактором, определяющим различие в феромонных профилях, служит длина углеводородной цепи феромона. У самок преобладали феромоны с длиной цепи 29, а у самцов — с длиной цепи 27. Это означает, что ключевым ферментом, определяющим половой диморфизм по феромонам, является элонгаза жирных кислот — предшественников CHC.

Авторы идентифицировали 24 гена элонгаз (BgElo у B. germanica) в геномной и транскриптомной базах. Затем с помощью РНК-интерференции (RNAi) проводили нокдаун отдельных генов элонгаз у самок тараканов. Выяснилось, что выключение элонгазы BgElo12 изменяет углеводородный профиль практически до мужского за счет сдвига синтеза в сторону коротких углеводородов (С27).

Обычно самец при физическом контакте усиками чувствует половой феромон самки, поднимает крылья и обнажает железу, выделяющую привлекательное для самки питательное вещество. Самка вовлекается в кормление и оказывается таким образом в позиции, подходящей для копуляции. В поведенческих экспериментах самки (точнее, их усики) с выключенной элонгазой Elo12 оказались менее привлекательными для самцов.

Чтобы выяснить, как регулируется экспрессия элонгазы и как она связана с генной детерминацией полового диморфизма, исследователи применили RNAi к генам Transformer и Doublesex (BgTra и BgDsx у тараканов), ответственным за половую дифференцировку. Оказалось, что нокдаун BgTra подавляет экспрессию Elo12 у самок, а выключение BgDsx стимулирует синтез Elo12 у самцов, что приводит к смене их феромонного профиля.

Руководитель исследования Тун-Сянь Лю, сотрудник Северо-Западного университета A&F в Янлине, считает, что понимание пути регулирования синтеза феромонов у рыжего таракана может подсказать способ для контроля численности этого зловредного насекомого.