Многоклеточные зеленые водоросли Volvox carteri помогли открыть генетические истоки разделения полов. Видимо, мужской и женский пол в ходе эволюции возникли из более примитивной системы типов спаривания у одноклеточных. Результаты нового исследования представлены в журнале PLoS Biology.
Джеймс Умен (James Umen) из Центра растениеводства имени Данфорта (США) выявил ген-регулятор пола в Volvox под названием MID. Меняя его экспрессию у водорослей, ученые поменяли их пол, превращая сперматозоиды в яйцеклетки (и наоборот). Поменявшие пол водоросли оказались вполне способными дать здоровое потомство.
Для растений и животных мужские и женские гаметы (половые клетки) — это норма, и их различия очевидны. Мужские гаметы (сперма или пыльца) — быстрые, мобильные и маленькие, а женские (яйцеклетки) — большие и малоподвижные. Однако ученым не до конца ясно, как возникла такая система: ведь у одноклеточных организмов есть только типы спаривания. Клетка одного типа может связаться только с клеткой другого, при этом самих типов может быть от двух до тысячи, а сами клетки внешне почти ничем не отличаются.
Умен и его коллеги выявили у примитивных одноклеточных хламидомонад ген (MID), управляющий дифференциацией половых клеток на два класса (+ и -). Потом ученые нашли аналог этого гена (VcMID) у полноценных мужских гамет вольвокса. Когда они искусственно простимулировали экспрессию VcMID у Volvox carteri женского пола, крупные клетки (которые должны были стать полноценными яйцеклетками) продолжили делиться, превратившись в сперматозоиды.
Потом биологи произвели обратную операцию: заблокировали экспрессию VcMID в мужских гаметах. Гонидии (одноклеточные фрагменты нитчатых водорослей, служащие для размножения) перестали делиться и остались крупными, став играть роль яйцеклеток: их могли оплодотворять сперматозоиды другой особи. Однако потомство псевдоженских яйцеклеток и нормальной спермы оказалось не очень жизнеспособным (выжило меньше половины организмов). При этом в первом эксперименте (псевдомужские гаметы и нормальные яйцеклетки) водоросли начали активно размножаться.
Родство генов MID разных видов водорослей, их общая функция (регуляция различий между полами и типами спаривания) — все это говорит о том, что найдена общая генетическая основа репродуктивной системы одноклеточных и многоклеточных организмов.