Работа опубликована в журнале Science Advances. Ученые из лаборатории Юкико Ямаситы в Институте Уайтхеда (США) изучают, как наследуется генетическая информация через зародышевые клетки, то есть клетки, из которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Недавнее открытие показало, что у плодовой мушки Drosophila melanogaster есть ген stellate (Ste), который ведет себя как так называемый мейотический драйвер — ген, нарушающий честные правила наследования.
Обычно у каждого организма есть две копии каждого гена — одна от отца, другая от матери. В процессе мейоза, особого деления клеток при формировании половых клеток, одна из двух копий случайным образом передается потомству. Но некоторые гены «читерят» — они специально разрушают сперматозоиды или яйцеклетки, не содержащие их, чтобы повысить свои шансы быть переданными дальше.
Ген Ste, находящийся на X-хромосоме, может уничтожать сперматозоиды с Y-хромосомой, вызывая сдвиг в сторону рождения самок. Однако у него есть особенность, отличающая его от других подобных генов: он «умеет» себя ограничивать. Если бы этого не было, популяция могла бы оказаться под угрозой из-за нехватки самцов.
Сдерживает Ste его антагонист — молекулы РНК, называемые piРНК, которые производятся из другой последовательности на Y-хромосоме и подавляют активность вредного гена. Однако эти два элемента — драйвер и его подавитель — могут случайно разойтись при размножении. Тогда подавление перестает работать, и Ste становится активен.
Но даже в этих случаях он действует не с полной силой. Ученые выяснили, что в процессе сперматогенеза белок Ste сначала попадает в обе клетки-потомка, но в дальнейшем распределяется неравномерно. Он концентрируется именно в тех сперматозоидах, которые несут Y-хромосому, вызывая у них дефекты. Однако и это не происходит повсеместно.
Во втором раунде деления — мейозе II — Ste снова распределяется неравномерно, и только половина Y-несущих клеток получает этот белок. В результате только часть сперматозоидов оказывается нежизнеспособной, а остальные — полноценными.
Это открытие показало, что даже «эгоистичные» гены могут развивать внутренние механизмы самоконтроля, чтобы не уничтожить организм, который они населяют. Причем делают это не через внешние регуляторы, а прямо в рамках собственных молекулярных процессов.
Результаты вызывают новый интерес к самой природе мейоза. В учебниках мужской мейоз традиционно описывался как симметричный процесс. Но поведение Ste говорит о возможном наличии скрытой асимметрии — либо такой, что драйвер просто использует в своих целях, либо той, которую он сам и запускает.
В любом случае это меняет представление о механизмах размножения и наследования. Как отмечает Ямасита, такие моменты — когда привычные схемы дают сбой — и делают науку по-настоящему захватывающей.
Иногда гены ведут себя эгоистично, стремясь передаться дальше даже ценой ущерба для организма. Но не только аллели могут нарушать правила: сама структура хромосом порой выходит из-под контроля — например, при их случайном слиянии, о котором рассказывается в этой статье.