Streszczenie: Gen bezowocności (fru), powiązany z zalotami muszek owocowych i zachowany u wielu gatunków owadów, działa inaczej u dwóch gatunków muszek owocowych, Drosophila melanogaster i Drosophila virilis. Pomimo powiązania genu z zachowaniami godowymi samców, eksperymenty z wykorzystaniem technologii CRISPR-Cas9 w celu dodania owoców do samic D. virilis wykazały wyjątkowe wyniki w porównaniu z D. melanogaster, co sugeruje, że konserwatywne geny nie gwarantują identycznych funkcji u różnych gatunków.

Odkrycie to podważa wcześniejsze założenia dotyczące uniwersalności funkcji genów i podkreśla znaczenie badań międzygatunkowych dla pełnego zrozumienia genetycznych podstaw zachowania i rozwoju. Odkrycia, które przyczyniły się do bardziej szczegółowego zrozumienia wpływu genetycznego na zachowanie, zostały wsparte zaawansowanymi narzędziami genetycznymi i otworzyły nowe możliwości badania wpływu genów na różne gatunki.

Kluczowe fakty:

1. Rozbieżna funkcjonalność genów: Rola genu fru w zachowaniach godowych jest różna u D. melanogaster i D. virilis, co wskazuje, że konserwatywne geny mogą pełnić różne funkcje u różnych gatunków.
2. Zaawansowane narzędzia genetyczne: Zastosowanie technologii CRISPR-Cas9 umożliwiło badaczom precyzyjną manipulację genem fru u D. virilis, ujawniając różnice w zachowaniach godowych i wynikach płodności w porównaniu z D. melanogaster.
3. Konsekwencje dla badań międzygatunkowych: Odkrycia te podkreślają konieczność badania wpływu genów na różne gatunki, aby dokładnie zrozumieć ich rolę w zachowaniu i rozwoju, co kwestionuje koncepcję uniwersalnej funkcjonalności genów.

Źródło: Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej

Nowe badanie wykazało, że gen związany z zalotami muszek owocowych nie działa w ten sam sposób u dwóch różnych gatunków muszek owocowych. Praca pokazuje, że konserwatywne geny – te same geny występujące u różnych gatunków – niekoniecznie pełnią tę samą funkcję u różnych gatunków.

Bezowocny (fru) to gen wspólny dla muszek owocowych i wielu innych gatunków owadów. Gen jest powiązany z męskimi zachowaniami zalotniczymi.

Naukowcy badali ekspresję i funkcję genu szczególnie u muszka owocowa (D. melanogaster) poprzez usunięcie go samcom lub podanie samicom i obserwację wyników. Na przykład mężczyźni z fru usunięto utratę niektórych charakterystycznych dla mężczyzn zachowań zalotnych i przyznano kobietom fru nabrać niektórych z tych zachowań.

„Bezowocny gen został po raz pierwszy znaleziony w D. melanogaster jest jednak zachowany u różnych gatunków, od koników polnych po karaluchy i komary, a wcześniejsze eksperymenty sugerowały, że jego funkcja jest również zachowana u różnych gatunków” – mówi Christa Baker, była badaczka ze stopniem doktora w Princeton, obecnie adiunkt biologii na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej.

„Ale narzędzia genetyczne badaczy uległy postępowi. Dzięki CRISPR-Cas9 możemy teraz dodać fru samicom innych gatunków, aby sprawdzić, czy gen działa w ten sam sposób. Baker jest współautorem do korespondencji artykułu opisującego tę pracę.

Baker i zespół badawczy postanowili przyjrzeć się funkcji fru u innego gatunku muszki owocowej, Drosophila virilis (D. virilis).

„D. virilis jest dość odmienna od D. melanogaster – gatunek rozdzielił się około 60 milionów lat temu” – mówi Baker. „Więc porównywanie tych dwóch muszek owocowych jest jak porównywanie myszy ze szczurem. Obie są muszkami owocowymi, tak jak myszy i szczury są gryzoniami, ale bardzo się od siebie różnią.

Muszki owocowe, podobnie jak ludzie, mają dwie kopie każdego genu. Naukowcy rozpoczęli od podania D. virilis kobiety, jeden egzemplarz fru i odkryli, że chociaż prawdopodobieństwo kopulacji było u nich około 40% mniejsze, D. virilis samice, które kopulowały, pozostały płodne.

Natomiast podczas D. melanogaster kobiety z jednym egzemplarzem fru są również o około 40% mniej skłonne do kojarzenia się, te, które się kojarzą, nie mogą już składać jaj. Ustalenia te wskazują na podobną rolę fru w niektórych zachowaniach kobiet, takich jak krycie, ale inną rolę w innych zachowaniach, w tym składaniu jaj.

„D. virilis jest szczególnie interesujące, ponieważ zarówno samce, jak i samice śpiewają pieśni godowe” – mówi Baker.

„U większości gatunków much śpiewa tylko samiec. W D. melanogaster, dając samice fru skutkuje przyjęciem przez nie męskich zachowań zalotnych, takich jak śpiew. Ale D. virilis kobiety z jednym egzemplarzem fru zachowały zdolność śpiewania pieśni kobiecej, chociaż śpiewały znacznie więcej niż kobiety bez fru.”

Następnie badacze dodali drugą kopię fru do D. virilis kobiety i zobaczył, że są teraz w stanie śpiewać także muzykę męską; jednak zachowali zdolność do tworzenia piosenek kobiecych. Dodatkowo samice posiadające dwie kopie były całkowicie niechętne do krycia i miały tendencję do wyrażania agresji w stosunku do zalotów samców.

„Kanoniczną ideą było dawanie kobiet fru wyposaża ją w męskie zachowania, zakłócając jednocześnie zachowania kobiet, takie jak wrażliwość i składanie jaj” – mówi Baker.

„Nasze ustalenia w D. virilis są ekscytujące, ponieważ pokazują dawanie fru do samicy D. virilis umożliwia jej śpiewanie piosenek męskich, ale nie uniemożliwia jej śpiewania piosenek kobiecych.

„Nie wiemy, dlaczego potrzebne były dwie kopie genu D. virilis samice, aby uzyskać wyniki podobne do tych z jednego egzemplarza D. melanogaster, ale otwiera nowe, ekscytujące możliwości eksploracji” – dodaje Baker.

„Mówi nam jednak, że to, że gen jest zachowany u różnych gatunków, nie oznacza, że ​​zachowana jest również jego funkcja. Jeśli chcemy zrozumieć, jak nasz genom wpływa na zachowanie i rozwój, musimy zbadać wpływ genów na różne gatunki i zachowania”.

Praca pojawia się w Postęp nauki i był częściowo wspierany przez Narodowy Instytut Zdrowia. Mala Murthy, profesor neurologii Karola i Marnie Marcinów z 1996 roku na Uniwersytecie Princeton i dyrektor Instytutu Neuronauki w Princeton, jest współautorką korespondującą. Xiao-Juan Guan, były pracownik naukowy w Princeton, i Minseung Choi, były student Princeton, obecnie na Uniwersytecie Stanforda, również wnieśli swój wkład w prace.

O tym aktualności z badań genetycznych

Autor: Tracy Peake
Źródło: Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej
Kontakt: Tracey Peake – Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej
Obraz: Zdjęcie przypisuje się Neuroscience News

Orginalne badania: Otwarty dostęp.
„Rola bezowocności w określaniu zachowań godowych u różnych gatunków Drosophila” Christa Baker i in. Postęp nauki

Abstrakcyjny

Rola bezowocności w określaniu zachowań godowych u różnych gatunków Drosophila

Zachowania specyficzne dla płci mają kluczowe znaczenie dla reprodukcji i przetrwania gatunku. Czynnik transkrypcyjny splatany specyficznie dla płci bezowocny (fru) pomaga ustalić zachowania zalotów samców u bezkręgowców. Zmuszanie do specyficzności dla mężczyzn fru (fruM) łączenie muszka owocowa kobiety wytwarzają zachowania typowe dla mężczyzn, zakłócając jednocześnie zachowania specyficzne dla kobiet.

Jednak czy frułączna rola, jaką odgrywają w określaniu zachowań samców i hamowaniu zachowań samic, jest zachowana u wszystkich gatunków, jest nieznana. Do wymuszenia użyliśmy CRISPR/Cas9 FruM wyrażenie w języku żeńskim D. virilisgatunek, w którym samce i samice wydają pieśni specyficzne dla płci.

W odróżnieniu D. melanogasterw którym fruM allel jest wystarczający do wygenerowania męskich zachowań u kobiet, potrzebne są dwa allele D. virilis kobiety. D. virilis wyrażające się kobiety FruM utrzymać umiejętność śpiewania pieśni typowo żeńskiej oraz składania jaj, natomiast D. melanogaster FruM samice nie mogą składać jaj.

Wyniki te ujawniają potencjalne różnice w fru funkcji między rozbieżnymi gatunkami i podkreślają znaczenie badania różnorodnych zachowań i gatunków dla zrozumienia genetycznych podstaw różnic między płciami.