Kaip tetrahimene infuzoria pasirenka savo lytį • Daria Spasskaya • Mokslinės naujienos "Elementai" • Molekulinė biologija, genetika

Kaip tetrahimene infuzoria pasirenka lytį

Pav. 1. Seksualinis procesas ciliatoriuose Tetrahymena thermophilapaimtas su konfokaliniu mikroskopu. Vaizdas iš ru-ru.invitrogen.com

Tamsoje Tetrahymena thermophila septynios lyties Norėdami įsitraukti į seksualinį procesą, ji gali su bet kokios lyties atstovu, išskyrus ją. Ląstelės, atsiradusios dėl seksualinio proceso, nepriima sekso iš savo "tėvų" – jie pasirinko ją atsitiktine tvarka iš kelių variantų. Jungtinių Amerikos Valstijų ir Kinijos mokslininkų komanda išsamiai suprato šį asmeninio celiutų gyvenimo aspektą. Žinoma, kad visi infuzoria turi du genomus – vienas, darbuotojas, yra makrokomandoje, o antrasis laikomas neaktyvioje formoje mikrobranduoliuose ir yra skirtas keitimuisi genetine informacija. Mokslininkai nustatė, kad poros gretimų genų yra atsakingos už seksą makrokomandoje. Mikrobranduoliuose tetrahimenes turi visus tokių porų variantus, bet sutrumpinta forma. Po seksualinio proceso vienas iš jų užbaigiamas "lituojant" skirtingų genų dalimis, o visi kiti yra sunaikinami. Keista, kad poros pasirinkimas, matyt, atsitiktinai atsitinka, tačiau reikalingas labai tvarkingas DNR fragmentų surinkimas.

Mikroworld "multi-field", tai yra daugiau nei dviejų lyčių buvimas ar poravimosi būdai, nėra toks retas reiškinys.Jis labai dažnas tarp grybų ir pirmuonių. Tarp tetrahimeino ciliatų jis nėra lyderio čempionas; Euplotes yra 12 iš jų ir infuzoria Stylonychia mytiluspagal kai kurias ataskaitas, šimtas aukštų! Tiesą sakant, jei jūs galite susilaikyti tik su kitos lyties nariu, nebus naudinga turėti tik dviejų lyčių atstovų – tik potencialių seksualinių partnerių lieka tik pusė gyventojų. Jei yra trys lyties asmenys, jūs jau galite susitikti su 2/3 asmenimis ir pan. Taigi, siekiant genetinės įvairovės, gali būti naudinga padidinti lyčių skaičių.

Tačiau vieninteliai mikroorganizmai gali tai sau leisti – juk "seksas" dažnai priklauso nuo vieno ar dviejų genų, koduojančių signalinius baltymus (feromonus), kurie leidžia atskirti "savo" ir "svetimus". Daugelio ląstelinių gyvūnų atveju viskas yra daug sudėtingesnė – naujų genetinių derinių atsiradimui reikia sukurti specialias lytines ląsteles (gametas), o kuo sudėtingesnė reprodukcinė sistema, tuo daugiau išteklių skiriama reprodukcijai, tuo daugiau apribojimų teikiama galimybių skaičiui. Ir kodėl didinti genetinę įvairovę, jei daugelio elementų organizmo rezervai mums leidžia atlaikyti nepalankias sąlygas.Todėl galbūt labiau ar mažiau organizuotų gyvūnų kaina yra dviejų lyčių. Tiesą sakant, išsiaiškinti šį klausimą – kodėl kai kurie žmonės turi daug, o kiti turi mažai – ir seksualinio proceso ciliatoriuose tyrimas padės.

Tetrahymena thermophila – vienas iš modelių organizmų, kurio genomas buvo dekoduojamas ne taip seniai (žiūrėkite: genijų skaičius cilindriniame genome pasirodė toks pat kaip ir žmonėse). Faktas, kad ji turi septynias skirtingas poravimosi formas (t. Y. "Lytis"), vadinamas I-VII, buvo žinomas nuo 1950-ųjų, tačiau nėra molekulinių detalių apie tai, ką ir kaip ji apibrėžia "seksą", nėra buvo žinomas.

Prisiminkite, kad ląstelėse ląstelėje yra du branduoliai – viename iš jų (makronukulių ar makro kodelių) yra darbo genomo, kuris užtikrina ląstelių gyvenimą, o antrasis (mikrobranduoliai) yra generatyvus, tai yra, jis skirtas keistis genetine informacija su kitomis ląstelėmis ir turi DNR neaktyvi forma. Paprastai ciliatai dauginasi paprastu dalijimu per pusę (vegetatyviškai), tačiau, jei atsiranda alkani laikai, jie pradeda seksualinį procesą. Norėdami tai padaryti, ląstelės iš dalies sujungiamos (konjuguota, žr. 1 pav.) Ir keičia mikrobranduolių puses.Nauji mikrobranduoliai taip pat sukelia naujų makronukelių, o senieji – sunaikinami. Mikrobranduolių genomo transformacija į darbo genomą lydima didelių DNR pertvarkymų. Detaliau šis procesas yra aprašytas naujienose. Iššifruotas ciliate genas Oxytricha trifallax – eukariotinis 16 000 chromosomų genomas, "Elements", 2013-03-23.

Straipsnio autoriai žurnale PLOS biologija jų darbas inicijavo cileatų asmeninio gyvenimo molekulinių mechanizmų tyrimą. Jie žinojo, kad gausiai plotas (lokusas), esantis makronukulių genomoje, vadinamas matinės lokusu (nuo poravimosi), reaguoja į tetrachimeno grindis. Norint pradėti, mokslininkai analizavo duomenis apie išraišką (ty skirtingų genų matricinių RNR skaičių) mat-locus regione ieškant genų, kurie paprastai yra neaktyvūs, kai ciliatai vegetatyviai auga, bet yra išreikšti, kai ciliatai yra alkani ir nori pradėti poruotis, ir nustatė porą kandidatų . Jie buvo vadinami MTA ir MTB. Paaiškėjo, kad jei šie genai yra pašalinami iš genomo, ciniato sugebėjimas konjuguoti labai sumažėja, tai yra, MTA ir MTB iš tiesų yra "poravimosi genai". Panaši genų pora buvo aptiktos kiekvienam "seksui". Matyt, šie genai koduoja baltymus.Kiekvienas iš tariamų baltymų turi vadinamąjį transmembraninį regioną, t. Y. "Inkarą", kuris palaiko baltymą ląstelės membranoje. Transmembraniniai regionai pasirodė esąs labai panašūs į visus MT baltymus, nepriklausomai nuo blauzdos lyties.

Kad išsiaiškintumėte MT genų atsiradimą makronukulėje, jie pradėjo ieškoti jų sekų mikrobranduolių genomoje ir nustatė, kad be šiuolaikinių infuzinių lytinių ląstelių būdingų MT genų mikrobranduolių genomoje yra genų porų, skirtų visiems lyties variantuose, kurie vienas po kito patenka į vieną lokusą 2 pav.). Tačiau jie pasirodė sutrumpinti – nebuvo sekų, koduojančių tuos transmembraninius regionus. Šios sekos buvo nustatytos tik genų, esančių lokuso kraštuose. Kyla du klausimai: kaip yra kasetė, kurioje yra visiškai genų kopijos, būdingos konkrečiam lyties susitelkiamam į makro pagrindą, ir kur eina visi kiti? (Pagal "kasetę" čia mes suprantame porą MT genų, kurie egzistuoja kaip visuma, ty pertvarkant genomą jie lieka poroje).

Pav. 2 Diagrama, kurioje vaizduojama genetinių kasetų vieta, kurios nustato ciliato lytį mikrobranduolyje (viršutinė dalis, gimdos linija) ir makronukulių (paveikslėlis apačioje, somatic), šiuo atveju grindų № VI. Jei mikrobranduolių genomoje yra visi kasetiniai variantai, bet sutrumpinta forma (be MTA-TM ir MTB-TM transmembraninių sričių, atspalvis ir pilka, atitinkamai), veikiant genomo makronuklei, lieka tik viena pora genų, papildyta trūkstamais DNR dalimis. IES – viduje pašalintos sekas, be kodavimo sekas, kurias reikia iškirpti. Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio PLOS biologija

Antras klausimas pasirodė esąs lengvas atsakymas. Makogeniniai ciliatai buvo analizuojami dėl MT genų, atsakingų už skirtingus lyčių variantus, buvimo metu, ir buvo rasta tik tie genai, kurie nustatė faktinį lytinį santykį. Tai reiškia, kad visi kiti rinkiniai mikrogenezės pavertimo makrogenu sunaikinami (alternatyviai jie gali būti "prijungti" prie cheminių DNR ir specialių baltymų modifikacijų, pvz., Mielėse (žr. "Mielių poravimas"). , tetrahimena negrįžtamai pasirenka savo lytį.

Norėdami atsakyti į pirmąjį klausimą buvo daug sunkiau. Nustačius sekas, koduojančias "tėvų" ir jų palikuonių transmembraninius regionus,Mokslininkai pasiūlė, kad holistinės kasetės surinkimas įvyksta, kai trūkstamos DNR dalys nuo lokuso krašto yra pritvirtintos prie vieno iš sutrumpintų kasetų lokuso viduje (3 pav.). Tai gali būti homologinės rekombinacijos rezultatas, ty keitimasis panašiomis vietomis arba tiesiog pjovimo-klijavimo veiksmas (vadinamasis ne-homologinis galų jungimas). Tam reikalingas didelis surinkimo tikslumas, nes pritvirtinimas vyksta genų koduojančioje srityje ir, esant klaida, iš tokio genu sintetinamas baltymas bus nefunkcinis. Tetrahimenes mikrobranduoliuose turi tam tikrą skaičių sekų, kurios yra iškirptos, kai makronuklelis yra suderintas (IES – vidinės eliminacijos sekas), tačiau jie dažniausiai yra nekoduojamose DNR segmentuose, o kai jie yra iškirpti, tokio tikslumo nėra.

Pav. 3 Numatomas "lyties" pasirinkimo modelis, kai branduolys brandinamas iš mikrobranduolio po seksualinio proceso. Visose genetinėse kasetėse yra panašių TM teritorijų palei kraštus, tačiau tik tos kasos II ir III, esančios lokuso galuose, turi visas jų kopijas. Šios dvi kasetės gali keistis "TM" sklypais su bet kokiomis kasetėmis viduje lokuso, o jie patys yra išmesti, o kiti mainų dalyviai gauna visas kopijas.Tai gali įvykti, kol yra tik viena kasetė (šiuo atveju VI). Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio PLOS biologija

Neaišku, ar porų genų, lemiančių būsimos kilpelės lyties būseną, atsitiktinai atsiras, pvz., Juostos matavimo priemonėje, arba atsitiktine tvarka surenkamos arba bus surinktos (pvz., Cheminėmis DNR modifikacijomis), tačiau tai dar neaišku. Taip pat dar nėra žinomos MTA ir MTB genų koduojamos baltymų funkcijos. Jei tai yra baltymai, esantys ant ląstelės paviršiaus, kaip rodo jų transmembranos regiono buvimas, jie greičiausiai reikalingi abipusiai ciliatų pripažinimui. Įdomiausias dalykas šioje istorijoje yra klausimas, kodėl tetrahimeinas yra toks pat didelis, kaip septynis lytis. Šalia jos esančios rūšies lyčių skaičius svyruoja nuo 3 iki 9. Jei kiekvieną kartą, kai lytis pasirinkta tik atsitiktinai ir jokiu būdu nesusijusi su "tėvų" lytimi, paaiškėja, kad poravimas su kito lyties nariu negarantuoja šviežių genų antplūdžio – partneris gali būti artimiausias giminaitis. Ir kodėl tada yra draudimas poruotis su jo lyties atstovu? Tikriausiai, asmeniniame ciliatorių gyvenime mokslininkams vis dar yra daug niuansų.

Šaltinis: Marcella D. Cervantes, Eileen P.Hamiltonas, Jie Xiong, Michael J. Lawson, Dongxia Yuan, Michalis Hadjithomas, Wei Miao, Eduardo Orias. Prisijungimas ir pašalinimas Tetrahymena thermophila // PLoS biologija. 2013. V. 11. P. e1001518. Doi: 10.1371 / journal.pbio.1001518. Straipsnis yra viešas.

Taip pat žiūrėkite:
Sujal S. Phadke, Rebecca A. Zufall. Spartų poravimosi sistemų įvairinimas ciliatoriuose // Biologinis žurnalas "Linnean Society". 2009. V. 98. P. 187-197. Doi: 10.1111 / j.1095-8312.2009.01250.x.

Daria Spasskaya


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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