Hvordan tetrahimene infusoria vælger sit køn • Daria Spasskaya • Videnskabsnyheder om "Elements" • Molekylærbiologi, Genetik

Hvordan tetrahimene infusoria vælger køn

Fig. 1. Seksuel proces ved ciliater Tetrahymena thermophilafanget med et konfokalt mikroskop. Billede fra ru-ru.invitrogen.com

På ciliate Tetrahymena thermophila syv køn For at komme ind i den seksuelle proces kan hun med en repræsentant for ethvert køn undtagen hende. Celler som følge af den seksuelle proces arver ikke kødet fra deres "forældre" – de vælger det tilfældigt fra flere muligheder. Et team af forskere fra USA og Kina forstod i detaljer dette aspekt af ciliatsers personlige liv. Det er kendt, at alle infusorer har to genomer – den ene, arbejderen, er indeholdt i makrokernen, og den anden er opbevaret i en inaktiv form i mikronukleusen og er beregnet til udveksling af genetisk information. Forskere har fundet ud af, at et par tilstødende gener er ansvarlige for køn i makrokernen. I mikronukleuset har tetrahimener alle variationerne af sådanne par, men i en forkortet form. Efter seksuel proces er en af ​​dem færdiggjort ved at "klæbe" dele af forskellige gener, og alle de andre ødelægges. Overraskende er valget af et par tilsyneladende tilfældigt, men det kræver en meget ren samling af DNA-fragmenter.

I mikroverdenen "multi-field", det vil sige tilstedeværelsen af ​​mere end to køn eller typer parring er ikke sådan et sjældent fænomen.Det er meget almindeligt blandt svampe og protozoer. Blandt tetrahimens ciliater er han ikke en mester med hensyn til sex; Euplotes der er 12 af dem og infusoria Stylonychia mytilusifølge nogle rapporter, hundrede etager! Faktisk, forudsat at du kun kan mødes med et medlem af det andet køn, er det ikke rentabelt at have kun to køn – kun halvdelen af ​​befolkningen forbliver blandt potentielle seksuelle partnere. Hvis der er tre køn, kan du allerede parre med 2/3 personer, og så videre. I stræben efter den genetiske mangfoldighed kan det være nyttigt at øge antallet af køn.

Imidlertid er det kun enkeltcellede mikroorganismer, der har råd til det. For det første bestemmes "kødet" blandt dem ofte af et eller to gener, der koder for signalproteiner (feromoner), som gør dem i stand til at skelne mellem "deres egne" og "fremmede". I multicellulære dyr er alt meget mere kompliceret – for fremkomsten af ​​nye genetiske kombinationer skal der oprettes specielle kønsceller (gametes), og jo mere kompleks det reproduktive system er, desto flere ressourcer bruges til reproduktion, jo flere begrænsninger på antallet af muligheder. Og hvorfor øge den genetiske mangfoldighed, hvis reserverne fra en multicellular organisme tillader os at modstå ugunstige forhold.Derfor koster mere eller mindre højt organiserede dyr to køn. Faktisk for at afklare dette problem – hvorfor nogle mennesker har meget, mens andre har lidt – og undersøgelsen af ​​den seksuelle proces i ciliater vil hjælpe.

Tetrahymena thermophila – En af de modelorganismer, hvis genom blev afkodet ikke så længe siden (se: Antallet af gener i cieregenomet viste sig at være det samme som hos mennesker). Den kendsgerning, at hun har syv forskellige former for parring (dvs. "køn"), betegnet som I-VII, har været kendt siden 1950'erne, men ingen molekylære detaljer om, hvad og hvordan hun definerer "sex", er ikke var kendt.

Husk, at der i ciliater er to kerner i cellen – en af ​​dem (makronukle eller makrokernel) indeholder et arbejdsgenom, der giver celleliv, og det andet (micronucleus) er generativt, det vil sige det er designet til at udveksle genetisk information med andre celler og indeholder DNA i inaktiv form. Normalt ciliates multiplicere ved simpel division i halvt (vegetativt), men hvis de sultne tider kommer, starter de seksuelle processer. For at gøre dette fusionerer cellerne delvist (konjugat, se figur 1) og udveksler halvdelene af mikronukleier.Nye mikronukleer giver også anledning til nye makronukleier, mens gamle bliver ødelagt. Omdannelsen af ​​micronucleusgenomet til et arbejdsgenom ledsages af omfattende omlejringer i DNA. Mere detaljeret beskrives denne proces i nyheden. Dechifrede cileregener Oxytricha trifallax – Eukaryotisk genom af 16.000 kromosomer, "Elements", 03/23/2013.

Forfatterne af artiklen i tidsskriftet PLOS biologi deres arbejde indledte undersøgelsen af ​​de molekylære mekanismer i ciliatsernes personlige liv. De vidste, at et temmelig stort område (locus) i makronucleusgenomet, kaldet mat locus (fra parring – parring) reagerer på tetrachymens gulv. Til at begynde med analyserede forskere ekspressionsdata (det vil sige antallet af matrix-RNA'er af forskellige gener) i mat-locus-regionen på jagt efter gener, der normalt er inaktive, når ciliater vokser vegetativt, men udtrykkes når ciliater er sultne og vil starte parring og fundet et par kandidater . De blev kaldt MTA og MTB. Det viste sig, at hvis disse gener fjernes fra genomet, falder ciliats evne til konjugat dramatisk, det vil sige, at MTA og MTB virkelig er "parringsgener". Et tilsvarende par gener blev fundet for hver "sex". Tilsyneladende koder disse gener for proteiner.Hvert af de formodede proteiner har en såkaldt transmembran region, det vil sige et "anker", som holder proteinet på cellemembranen. De transmembrane regioner viste sig at være meget ens i alle MT-proteiner, uanset køn af ciliate.

For at finde ud af MT-genernes oprindelse i makronukleuset begyndte de at se efter deres sekvenser i micronucleusgenomet og fandt ud over MT-genene, der er karakteristiske for det nuværende infusoriske køn, micronucleusgenomet genpar for alle sexvarianter placeret efter hinanden inden for et lokus ( Figur 2). Men de viste sig at være forkortede – der var ingen sekvenser, der koder for disse transmembrane regioner. Disse sekvenser blev kun fundet i gener beliggende ved kanterne af locuset. To spørgsmål opstår: Hvordan er en kassette indeholdende hele kopier af gener karakteristisk for et givet køn samlet i en makrokerne, og hvor går alle de andre? (Ved "kassette" menes her et par MT-gener, som eksisterer som helhed, det vil sige under genomsætningerne, forbliver de i et par.)

Fig. 2. Et diagram der viser placeringen af ​​de genetiske kassetter, der bestemmer ciliats køn i mikronukleusen (øverste del, kimlinje) og i makronukleuset (bunden af ​​billedet, somatisk), i dette tilfælde til ordet № VI. Hvis micronucleusgenomet indeholder alle kassettevarianter, men i en forkortet form (uden MTA-TM og MTB-TM transmembrane regioner, udrugning og i gråt, i henholdsvis macronukleusens arbejdsområde) forbliver kun et par gener suppleret med manglende stykker af DNA. IES – internt eliminerede sekvenser, ikke-kodende sekvenser, der skal skæres. Figur fra den diskuterede artikel i PLOS biologi

Det andet spørgsmål viste sig at være let at svare. De makrogeniske ciliater blev analyseret for tilstedeværelsen af ​​MT-gener, der var ansvarlige for forskellige kønsvarianter, og kun de gener, som bestemmer det faktiske køn, blev fundet. Det betyder, at alle andre kits, der er ved at omdanne et mikrogenom til et makro, ødelægges (alternativt kan de bare "plugges" med kemiske modifikationer af DNA og specielle proteiner, som i gær (se parning af gær). , tetrahimena vælger sit køn irreversibelt.

At besvare det første spørgsmål var meget vanskeligere. Efter at have bestemt sekvenserne, der koder for transmembrane regioner af "forældrene" og deres afkom,Forskere har foreslået, at samlingen af ​​en holistisk kassette opstår, når manglende dele af DNA'et fra kanten af ​​locus er fastgjort til en af ​​de forkortede kassetter inde i lokuset (figur 3). Dette kan være resultatet af enten homolog rekombination, det vil sige udveksling af lignende steder eller simpelthen skarplimning (den såkaldte ikke-homologe forbindelse af enderne). Dette kræver en høj nøjagtighed af samling, da fastgørelsen forekommer i det kodende område af genet og i tilfælde af en fejl vil proteinet syntetiseret fra et sådant gen være ufunktionelt. Tetrahimener i en mikronukleus har et vist antal sekvenser, der skæres, når makronukleuset er matchet (IES – internt eliminerede sekvenser), men de er oftest placeret i ikke-kodende DNA-segmenter, og når de skæres ud, observeres sådan nøjagtighed ikke.

Fig. 3. Estimeret model af valget af "sex" i modningen af ​​en makronukleus fra en mikronukleus efter seksuel proces. Alle genetiske kassetter indeholder lignende TM-steder langs kanterne, men kun kassetter II og III, der er placeret i lokens ender, indeholder deres fulde kopier. Disse to kassetter kan udskifte TM-plots med nogen kassetter inde i lokuset, mens de selv smides væk, og de øvrige deltagere i udvekslingen modtager fuld kopi.Dette kan ske, indtil kun en kassette forbliver (i dette tilfælde VI). Figur fra den diskuterede artikel i PLOS biologi

Det er ikke klart, om et par gener, der bestemmer ciderens fremtidige køn, falder ud under samling tilfældigt, som i et målebånd eller på en eller anden måde er valgt og mærket før montering (for eksempel ved kemiske modifikationer af DNA) – det er det endnu at se. Funktionerne af proteinerne kodet af MTA- og MTB-generne er heller ikke kendt. Hvis disse er proteiner, som ligger på celleoverfladen, som angivet ved tilstedeværelsen af ​​en transmembranregion i dem, er de sandsynligvis nødvendige for gensidig anerkendelse af ciliater. Det mest interessante spørgsmål i denne historie er hvorfor tetrahimen er fuld af syv køn. I arten tættest på hende varierer antallet af køn fra 3 til 9. Hvis hver gang kødet vælges udelukkende ved en tilfældighed og på ingen måde er forbundet med forældrenes køn, viser det sig, at parring med et medlem af det andet køn ikke garanterer strømmen af ​​friske gener – partneren kan være den nærmeste familie. Og hvorfor så er der et forbud mod parring med en repræsentant for hans køn? Sandsynligvis er der stadig mange nuancer i det personlige liv hos ciliater, der er ukendte for forskere.

Kilde: Marcella D. Cervantes, Eileen P.Hamilton, Jie Xiong, Michael J. Lawson, Dongxia Yuan, Michalis Hadjithomas, Wei Miao, Eduardo Orias. Tilslutning og sletning i Tetrahymena thermophila // PLoS Biology. 2013. V. 11. P. e1001518. Doi: 10.1371 / journal.pbio.1001518. Artikel i det offentlige område.

Se også:
Sujal S. Phadke, Rebecca A. Zufall. Hurtig diversificering af parringssystemer i ciliater // Biologiske Journal of the Linnean Society. 2009. V. 98, s. 187-197. Doi: 10.1111 / j.1095-8312.2009.01250.x.

Daria Spasskaya


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: