Исследователи помогли ответить на этот вопрос, открыв ген, ответственный за деление двух видов плодовых мушек. О существовании этого загадочного гена загадывали с 1910 года, когда генетики впервые заметили, что у двух типов мух при спаривании были только дочери – и не было сыновей. Определение вида состоит в том, что он не может успешно размножаться с другим видом; понимание этих репродуктивных барьеров является ключом к пониманию видообразования.
Результаты, опубликованные в пятницу в Science, стали результатом сотрудничества лабораторий биолога-эволюциониста доктора.
Хармит Малик, сотрудник отдела фундаментальных наук в Fred Hutch, и генетик мух д-р. Нитин Фаднис, доцент и Марио Р. Кафедра биологии Университета Юты, обеспеченная Капеччи.
Малик и Фаднис впервые встретились, чтобы обсудить эксперимент, который решит эту эволюционную головоломку, когда Фаднис был научным сотрудником в лаборатории Малика Фреда Хатча.
Исследователи планировали мутировать один из видов мух в надежде случайным образом разрушить загадочный ген и, таким образом, позволить родиться самцам.
Поскольку они знали, что у мух будет много других мутаций по всему их геному, они подсчитали, что им нужно будет найти семь редких самцов мух, чтобы окончательно определить идентичность загадочного гена.
С этого момента ученые в шутку называли неуловимых сыновей семью самураями, после одноименного классического фильма Акиры Куросавы.
Исследователи подсчитали, что эксперимент с семью самураями потребует около шести месяцев мутации, спаривания и изучения крошечных насекомых. Шесть месяцев спустя они не нашли самцов мух.
Однако примерно через год после этого, скрестив около 55000 пар мать и отец-мутант, исследователи проанализировали 330 000 дочерних мух и нашли шесть драгоценных сыновей.
Седьмого самурая так и не нашли, но оказалось, что в этом и не нуждались. В сотрудничестве с коллегами из Вашингтонского университета Малик и Фаднис обнаружили, что у всех шести мужчин были мутации в одном и том же гене, что означает, что они нашли то, что искали.
Этот ген, известный как gfzf, важен для регулирования процесса деления клеток. Для этих конкретных видов мух, Drosophila melanogaster и Drosophila simulans, он, по-видимому, также играет роль в видообразовании – как один вид превращается в два.
Открытие того, что gfzf вызывает смерть или бесплодие гибридов плодовой мухи, «действительно важно в биологии рака», – сказал Фаднис. "Биологи-онкологи интересуются контрольными точками клеточного цикла, потому что вы можете заболеть раком, когда они испортятся [и клетки бесконтрольно размножаются]. Биологи хотят понять механизм.
Эта работа показывает, что некоторые из этих компонентов механизма контроля клеточного цикла могут быстро меняться."
Малик добавил: «Контроль клеточного цикла такими генами, как gfzf, играет важную роль в исправлении ошибок клеточного цикла, которые могут привести к раку, если их не исправить. Наша работа предполагает, что видообразование и биология рака могут быть частью одного континуума биологических процессов."
По словам Малика, проблема видообразования беспокоила биологов-эволюционистов более 100 лет, но только с появлением современных молекулярных инструментов обнаружение этого гена стало возможным.
"Не было возможности использовать традиционный генетический подход. Нам нужен был совершенно новый подход, основанный на геномике, чтобы понять это », – сказал Малик, также исследователь Медицинского института Говарда Хьюза. "Так что, по сути, это проблема генетики, но традиционная генетика не может решить эту проблему."
Теперь, когда исследователи нашли решение этого единственного события видообразования, они думают, что их метод может быть использован для решения многих других загадок того, как возникают виды – при условии, что эти виды достаточно малы, чтобы их могли изучать десятки или сотни тысяч. в лаборатории, сказал Малик.
Эта работа финансировалась в Malik Lab за счет грантов Национальных институтов здравоохранения, Медицинского института Говарда Хьюза и G. Гарольд и Лейла Y. Фонд Мазерса.