Пчелы-дочери унаследовали эпигенетические метки от отцов

Биологи впервые обнаружили, как внегенетические изменения в уровне активности некоторых генов передавались от одного поколения пчел к другому. Это подтверждает, что эпигенетический механизм эволюции действует не только среди растений, но и среди животных.

© Martin LaBar/flickr© Martin LaBar/flickr

«Значимость эпигенетического наследования для эволюции животных по-прежнему остается предметом дискуссий среди биологов. До настоящего времени у нас не было однозначных свидетельств того, что эпигенетические метки играют важную роль в этом процессе. Наши же эксперименты показали, что среди пчел они стабильно передаются из поколение в поколение», – пишут исследователи.

Для передачи по наследству важной информации – например, как производить те или иные важные для жизни белки, – большинство живых организмов используют гены. Некоторые исследования говорят о том, что в этом процессе могут участвовать не только сами гены, но и их «окружение». Ученые называют его эпигеномом, а науку, которая их изучает – эпигенетикой. Благодаря подобным «менеджерам» организмы быстро адаптируются к новым условиям среды или гибко меняют программу поведения в ответ на определенные факторы.

В ходе одного из самых изученных эпигенетических механизмов – метилирования ДНК – к составляющим генетического кода, нуклеотидам, прикрепляются специальные «метки», которые влияют на дальнейшие механизмы производства белков. К примеру, некоторые растения используют эпигенетические метки для того, чтобы «запоминать» засухи, приспосабливаться к ним и передавать эту информацию «потомкам».

Ученые до сих пор спорят, работает ли эпигенетическое наследование у животных. Дело в том, что при оплодотворении яйцеклеток практически все подобные метки из генома людей и других млекопитающих вычищаются. Поэтому многие исследователи считают, что в эволюции млекопитающих и наших непосредственных предков эпигенетическое наследование почти не играло роли.

Наблюдая за жизнью обычных медоносных пчел, биологи под руководством профессора Сиднейского университета (Австралия) Бенджамина Олдройда открыла первый пример того, что подобная форма передачи наследственной информации все же может работать и среди животных.

Пчелы заинтересовали ученых потому, что все рабочие особи, которые живут в одном и том же улье, – это потомки одной королевы и нескольких трутней. Самцы пчел рождаются из неоплодотворенных яиц и набор генов у них одинарный, из-за чего у всех их половых клеток ДНК идентичная. Из-за этого набор генов, которые рабочие особи унаследовали от матери, у всех них одинаковый, то есть потомки разных трутней отличаются друг от друга только «отцовской» половиной генома (однако между собой потомки одного трутня генетически идентичны).

В ходе своего исследования ученые решили выяснить, будут ли передаваться эпигенетические метки трутней по наследству. Для этого они искусственно оплодотворили трех королев генетическим материалом четырех самцов.

Дождавшись появления потомства на свет, биологи собрали образцы их ДНК и расшифровали их структуру. Ученые подсчитали, сколько эпигенетических меток было на поверхности разных генов в клетках головогруди и некоторых других частей тела насекомых. Эти данные Олдройд и его коллеги сопоставили с информацией о метках в клетках трутней и королев.

Оказалось, что эпигенетические метки действительно передавались по наследству. Это проявлялось в том, что дочери каждого из четырех трутней были больше похожи на них в этом отношении, чем на их сестер от других отцов или на их матерей вне зависимости от того, какую роль они играли в жизни колоний. Эти сходства между отцами и их дочерями наблюдались как на уровне всего генома в целом, так и для отдельных участков ДНК и наборов генов.

Почему такая внегенетическая передача информации характерна для пчел, но не встречается среди млекопитающих, ученые сказать пока не могут. Они предполагают, что это может быть связано с тем, что передача эпигенетических меток по наследству может мешать «отключению» лишней женской Х-хромосомы в клетках формирующегося зародыша, в процессе деактивации которой используются схожие модификации в структуре «упаковки» ДНК.

Дальнейшее изучение того, как работает эпигенетика беспозвоночных животных, как надеются Олдройд и его коллеги, поможет им понять, являются ли пчелы единственным исключением в этом отношении, а также уточнить роль подобной формы наследования в эволюции пчел и потенциально других насекомых.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences
Источник: ИТАР-ТАСС