Но теперь новая работа бывшего аспиранта Университета Индианы в Блумингтоне и его докторской степени.D. Консультант впервые предлагает характеристику генетической основы развития этого впечатляющего морфологического новшества — светового органа светлячка — и средства, с помощью которых этот жук успешно использует древние и высококонсервативные регуляторные гены для формирования своего фонаря.
«Наше исследование демонстрирует беспрецедентную роль двух генов Hox», — сказал Армин Мочек, доцент кафедры биологии Колледжа искусств и наук и соавтор статьи со своим бывшим доктором наук.D. студент Мэтью Стэнсбери, ныне постдок в Университете Аризоны. "Эти гены очень консервативны в течение очень долгого периода эволюции, чтобы определить основные формы тел многих животных, от людей до мух.
Наше исследование теперь показывает, что помимо этого, эти Hox-гены недавно приобрели контроль над важными аспектами развития фонаря."
Hox-гены известны тем, что определяют области тела и их границы, такие как голова, грудная клетка и брюшная полость насекомых или шейные, грудные и поясничные позвонки млекопитающих. Hox-гены также известны тем, что определяют, какой придаток будет образовываться на данном сегменте, например, ротовой аппарат на голове и крыло на грудной клетке, а также конкретными модификациями этих придатков: переднее крыло жука представляет собой твердую оболочку, а не перепончатую из-за к действиям гена Hox, как и уменьшение заднего крыла мухи до крошечного уравновешивающего органа.
Однако почти беспрецедентно то, что в случае этого жука, принадлежащего к семейству из примерно 2000 видов, два гена Hox abdominal-A (abd-A) и Abdominal-B (Abd-B), по-видимому, приобрели способность управлять совершенно новым, сложным органом, который больше нигде не встречается: фонарь.
«Представление о том, что гены Hox могут быстро приобретать новые обязанности, особенно без ущерба для старых, довольно ново», — сказал Мочек. "Это один из относительно немногих примеров, показывающих, что это действительно происходит в эволюции животных."
Стэнсбери и Мокчек обнаружили, подавляя функцию каждого из этих двух генов, что оба необходимы для правильного формирования фотических органов у взрослых.
«В частности, ген Abd-B Hox имел решающее значение для всех аспектов формирования световых органов, что позволяет предположить, что он развил новые регуляторные взаимодействия, специфичные для фонаря», — сказал Мочек. Они также обнаружили, что Abd-B подавляет пигментацию брюшной полости в фотических органах светлячков, тем самым создавая полупрозрачную кутикулу, которая позволяет свету выходить изнутри тела.
Кроме того, шестой и седьмой сегменты брюшка у большинства насекомых обычно находятся под исключительной компетенцией abd-A, а не Abd-B. Однако именно в этих сегментах проживает фонарь у светлячков, что предполагает возможность переднего расширения области функции Abd-B. Это большое дело, потому что гены Hox, учитывая их чрезвычайно важные функции в установлении базового плана тела, обычно ограничиваются строгими и очень консервативными границами экспрессии.
«Это только начало», — сказал Мочек. «Мы хотим знать, с какими генами-мишенями взаимодействуют abd-A и Abd-B, образуя орган; мы хотим получить данные о том, когда и где данный генный продукт активен; и мы хотим узнать больше о том, как взрослый орган произошел от личиночного органа, гораздо более простой структуры, расположенной на еще одном сегменте », — добавил он.
Мочек не новичок в изучении новых черт, и новая работа представляет еще один пример в рамках его работы, что существует возможность того, что инновации, опосредованные Hox-геном, — настоящие, уникальные инновации — более широко распространены, чем обычно думают.
Другой пример — рога жуков, одна из основных областей исследований Моцека: рога жуков — это новая черта, которая не соответствует другим характеристикам у жуков или насекомых. Работа, проведенная его бывшей аспиранткой Бетани Васик, показала, что расположение и рост рогов, выходящих из грудной клетки жуков, частично регулируется геном Hox.
И поскольку новые черты хорошо известны Мочеку, гены Hox особенно близки к отделу биологии IU: последовательность ДНК гомеобокса (Hox — аббревиатура) была обнаружена в 1983 году студентами в лаборатории заслуженного профессора биологии IU Тома Кауфмана.
«Это первое в своем роде исследование этих организмов и этой структуры, и мы надеемся, что больше всего на свете откроет дверь для будущей работы над этими харизматическими насекомыми», — сказал Мочек.
«Функция Hox и генов, формирующих паттерн придатков, в развитии эволюционной новинки, светлячка Photuris», Мэтью Стэнсбери, Университет Аризоны, и Армин Мокзек, Университет Индианы, были опубликованы сегодня в Proceedings of the Royal Society B.