Созданы самки обыкновенной дрозофилы, которые могут размножаться партеногенезом

Исследователи из Великобритании и США определили генетические факторы, способствующие партеногенеза у плодовой мушки Drosophila mercatorum, и смогли вызвать партеногенез у Drosophila melanogaster, которая обычно не размножается партеногенетически. Способность к партеногенезу у D. melanogaster передавалась по наследству и была факультативной: потомство могло размножаться половым путем, если поблизости есть самцы. Исследователи говорят, что это было бы невероятно сложно сделать с любым другим животным, но геном. D. melanogaster, первого и главного модельного организма генетики, очень хорошо изучен.

Партеногенез — процесс, при котором яйцеклетка превращается в эмбрион без оплодотворения спермой. У большинства партеногенетических животных мейоз происходит через автомиксис — механизм, при котором происходит мейотическое деление. Диплоидность клеток восстанавливается за счет слияния гаплоидных клеток или ядер одной и той же особи, дупликации генома до мейоза или пропуска некоторых стадий мейоза. Таким образом, потомство не является точным клоном матери, но генетически очень похоже на нее и всегда женского пола.

Партеногенез встречается у самых разных животных. У многих таксонов получение генов от двух разных родителей необязательно, однако у млекопитающих есть геномный импринтинг специфические эпигенетические метки регулируют моноаллельную (от определенного родителя) экспрессию около 150 генов, что предотвращает развитие эмбрионов с исключительно материнским геномом. Партеногенетическая мышь была создана китайскими учеными с помощью таргетного метилирования или деметилирования импринтированных генов

У некоторых видов дрозофил, саранчи и даже у кур известен факультативный партеногенез, и он может поддерживаться отбором (частота случаев увеличивается от поколения к поколению). Это говорит о существовании генетических факторов партеногенеза. В природе существуют как облигатно-партеногенетические линии вида D. mercatorum, так и факультативно-партеногенетические, и линии, которые размножаются половым путем. Хотя большинство видов группы, к которой принадлежит этот вид, размножаются на кактусах, личинки некоторых штаммов D. mercatorum научились питаться гниющими пищевыми отходами и параллельно развили способность к партеногенезу.

Исследователи секвенировали и собрали на уровне хромосом геномы двух линий D. mercatorum: одна была партеногенетической, другая размножалась обычным способом. Геномы оказались очень похожими. Затем ученые сравнили транскрипционные профили в зрелых яйцеклетках полностью партеногенетической линии, факультативно-партеногенетической и размножающейся половым путем. В партеногенетических яйцах было увеличено количество транскриптов многих генов организации центриолей/центросом/микротрубочек , также обнаружились изменения в транскрипции генов, регулирующих клеточный цикл.

Авторы протестировали несколько десятков генов-кандидатов на способность вызывать факультативный партеногенез, изменяя их экспрессию у D. melanogaster. В итоге они установили, что повышенная экспрессия митотической протеинкиназы polo (регулятор клеточного цикла и биогенеза центросом) и сниженная экспрессия десатуразы Desat2 (кодирует фермент, расщепляющий двойные связи в углеводородах; это может влиять не текучесть клеточной мембраны) вызывали факультативный партеногенез, чему также способствовала повышенная экспрессия важного транскрипционного фактора Myc.

Соответствующие изменения экспрессии генов D. melanogaster позволили получить насекомых, способных к партеногенезу. В исследовании, которое длилось шесть лет, участвовали сотни тысяч девственных плодовых мушек, и оно длилось шесть лет. В то время как 10,7% потомков факультативно-партеногенетических D. mercatorum достигало зрелого возраста, у искусственно сконструированных партеногенетических D. melanogaster — лишь 1,4%. Изучение плоидности потомков показало, что эти D. melanogaster, по-видимому, как и другие партеногенетические дрозофилиды, осуществляют нормальный мейоз, а затем редиплоидизируют геномы слиянием гаплоидных мейотических продуктов, либо постмейотической дупликацией.

Самок второго поколения, полученные путем партеногенеза, тоже давали партеногенетическое потомство, и это происходило только тогда, когда поблизости не было самцов.

Первый автор статьи, Алексис Сперлинг из Кембриджского университета, недавно перешла с факультета генетики в Кембриджский центр растениеводства, чтобы исследовать вредителей сельхозкультур. Их партеногенез «может стать настоящей проблемой для сельского хозяйства, потому что когда самки производят только самок, их способность к распространению удваивается», — говорит Сперлинг. Переход к девственному рождению также может быть стратегией выживания при отсутствии другого пола: даже единственное партеногенетическое поколение способно сохранить вид.

«Мы первыми показали, что можно сконструировать девственное рождение у животного — было очень интересно наблюдать, как девственная муха производит эмбрион, способный развиваться до взрослой жизни, а затем повторяет этот процесс», — рассказывает Алексис Сперлинг. Она также добавила, что модифицированные самки «ждали самцов половину своей жизни — около 40 дней — но затем сдались и начали размножаться партеногенетически».

Секвенирован геном партеногенетического серебряного карася

У калифорнийского кондора впервые обнаружили партеногенез