В своем отчете, опубликованном 20 июня 2017 года в eLife, соавторы и предварительные исследователи Стоуэрса Николь Наколлс и Мария Анжелика Браво Нуньес, руководитель исследования Сара Зандерс, доктор философии, и коллеги подробно описывают, как ген wtf4 обнаружен у S. kambucha. Делящиеся дрожжи действуют как яд и как противоядие, обеспечивая их передачу следующему поколению и устраняя их конкуренцию.Гены WTF — это эгоистичные гены — паразитические гены, единственная цель которых — выжить и распространиться. В частности, ген wtf4 является эгоистичным геном мейотического драйва.
Он вмешивается в процесс мейоза — формы деления клеток, при которой образуются половые клетки, называемые гаметами, такие как яйцеклетки и сперматозоиды.Гаметы содержат только по одной копии каждой хромосомы. Клетки, производящие гаметы, содержат две копии: по одной хромосоме от каждого родителя.
Во время мейоза каждая копия передается гаметам в равных количествах. Например, мужчины с хромосомами X и Y производят 50 процентов сперматозоидов, несущих X, и 50 процентов сперматозоидов.Однако, когда работают гены мейотического драйва, они могут складывать шансы в свою пользу, уничтожая гаметы, которые их не несут.
Например, если у мужчины есть ген мейотического драйва, убивающий гаметы, на его X-хромосоме, сперматозоиды, несущие Y-хромосому, погибают, что приводит к уничтожению половины сперматозоидов, конкурирующих за оплодотворение яйцеклетки. Как это ни парадоксально для эгоистичных генов, этот процесс может привести к бесплодию.
Исследователи обнаружили, что гены wtf отравляют свою добычу.«Стратегия, которую используют эгоистичные гены, состоит в том, чтобы отравить все развивающиеся гаметы, но затем оставить противоядие для себя», — говорит Зандерс, помощник исследователя Стоуэрса. «Гаметы, наследующие эгоистичные гены, также подвергаются воздействию яда, но они не поддаются ему, потому что у них есть противоядие. И гаметы, которые не наследуют эгоистичный ген, уничтожаются».
Зандерс сравнивает механизм с званым ужином в детективном романе об убийстве, в котором все, включая хозяина, отравлены, но у хозяина есть противоядие.Исследователи обнаружили действие нескольких независимых мейотических драйверов у делящихся дрожжей в более раннем исследовании, опубликованном в 2014 году в eLife, но не знали, какие гены ответственны за это или как они разрушают гаметы, которые не унаследовали гены.
Чтобы узнать больше, Зандерс и ее коллеги использовали генетическое картирование, чтобы выявить сложный ландшафт множественных генов мейотического драйва на хромосоме 3 S. kambucha.Они обнаружили, что гены wtf создают два разных сообщения РНК — короткое сообщение (которое кодирует яд) и длинное сообщение (которое кодирует противоядие). Они пометили ядовитый белок зеленым и антидотный белок красным и визуализировали клетки во время мейоза.
«На этих изображениях мы могли очень ясно видеть, что яд был повсюду, так что каждая клетка подвергалась воздействию яда», — говорит Зандерс. «Но противоядие присутствовало только в спорах, унаследовавших ген wtf».Гаметы, лишенные генов wtf, погибли. Зандерс говорит, что сочетание их генетических экспериментов и визуализационных исследований предоставляет достаточно доказательств того, что гены wtf являются одновременно ядом и противоядием.
Исследователи также обнаружили, что wtf4 является членом большого семейства эгоистичных генов, и что по крайней мере еще один ген wtf также вызывает мейотический драйв, предполагая, что семейство размножалось из-за мейотического влечения.По словам Зандерса, полученные данные особенно интересны с точки зрения эволюции.«Гены wtf создают яд, способный убить все, включая самих себя. Это рискованно.
Наличие второго компонента, являющегося противоядием, и сохранение противоядия в тайне — вот способ, которым они придумали, как выборочно устранить своих конкурентов».«Исследование расширяет наше текущее понимание природы генов мейотического влечения, убивающих гаметы, и того, как они могут способствовать бесплодию», — добавляет она.
Это открытие может также послужить ориентиром для будущих открытий генов мейотического драйва у других организмов, таких как сельскохозяйственные культуры или люди.«Мейотические двигательные системы, такие как гены wtf, потенциально могут быть использованы для искоренения популяций вредителей или для облегчения распространения желаемых признаков в естественных популяциях», — говорит Зандерс.