Сделает ли комфортная окружающая среда нас одинаковыми?

Публикации, 29 июня 2020

В Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова в Секторе молекулярной генетики клетки в рамках темы 04-2-1132-2017/2022 «Проведение медико-биологических и радиационно-генетических исследований с использованием различных типов ионизирующих излучений» коллектив авторов провел исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Ecology and Evolution (Q1). Предлагаем вам ознакомиться с обзором этой работы.

Могут ли годы, прожитые в идеальных условиях, аннулировать естественный отбор, действующий на живые организмы миллионы лет? Для человека разумного число прожитых поколений оценивается примерно в 1600-1800 и при длине одного человеческого поколения в 25 лет ответ на подобный вопрос займет сотни или тысячи лет. Однако, использование модельных организмов, имеющих короткий жизненный цикл, но общие для разных организмов процессы жизнедеятельности и адаптации, позволяет ответить на эти вопросы.

Плодовая мушка Drosophila melanogaster широко используется в качестве модели для изучения, как живые организмы адаптируются к изменениям условий окружающей среды и наследуют определенные признаки.

В статье “Transcriptome analysis of Drosophila melanogasterlaboratory strains of different geographical origin after long-term laboratory maintenance” Mikhail Zarubin, Alena Yakhnenko and Elena Kravchenko, опубликованной в журнале Ecology and Evolution (Q1), представлены результаты подробного анализа нескольких лабораторных линий Drosophila melanogaster, который является необходимым предварительным этапом для использования этих линий в дальнейших радиобиологических экспериментах.

Авторами было показано, что на уровне транскриптомов (совокупности РНК всех работающих на данный момент генов организма) и некоторых внешних признаков, характерные особенности плодовых мушек из района г. Домодедово (Московская область) и дрозофил из района г. Кантон (штат Огайо, США) сохраняются даже после почти 60 и 100 лет обитания в одинаковых лабораторных условиях (около 6000 и 10000 поколений D. melanogaster соответственно). Обе эти лабораторные линии сохранили значительное число адаптивных признаков, ранее сформированных в природных условиях под давлением естественного отбора. Например, американские дрозофилы быстрее бегают, а российские более активны при низких температурах окружающей среды. Анализ транскриптомов показал, что американская и российская линии различаются и по активности многих генов, в частности, отвечающих за устойчивость к инсектицидам (100 лет назад их еще не использовали, поэтому у американской линии эти гены менее активны), вовлеченных в локомоцию и активность работы митохондрий (у американской линии более активны), отвечающих за обоняние (активнее у американской линии), обмен жиров и углеводов (у американской и российской линии работают разные гены) и др. Различающиеся по активности гены изученных лабораторных линий в значительной степени совпали с различающимися по активности генами плодовых мушек из природных популяций соответствующих широт. Таким образом даже 10000 поколений в идеальных условиях недостаточно, для того чтобы аннулировать миллионы лет эволюции, которые создали адаптивные различия между организмами разного географического происхождения.

Кроме того, этот вывод помогает в решении другой важной проблемы – массового вымирания насекомых в последнее десятилетие из-за глобального потепления. Определение генов, обеспечивающих адаптацию к более близким к экватору теплым широтам, позволит оценить перспективы выживания многих видов насекомых и, возможно, скорректировать процессы их гибели. Анализ лабораторных линий, которые во многом хорошо изучены, и, как показано авторами статьи, сохраняют свои адаптивные признаки, дает возможность определить такие гены. В частности, на основе анализа транскриптомов российской и американской лабораторных линий Drosophila melanogaster авторы смогли найти 2 гена-кандидата, связанных с широтной адаптацией, и продемонстрировали корреляцию между активностью этих генов и широтой для 5 линий Drosophila melanogaster различного географического происхождения (от 400 до 600 N).

В качестве продолжения работы авторы планируют идентифицировать и изучить различные регуляторные элементы, которые и обеспечивают разницу в активности ряда генов между российской и американской лабораторными линиями Drosophila melanogaster, и оценить радиорезистентность этих линий.

к.б.н., начальник Сектора
молекулярной генетики клетки
Елена Владимировна Кравченко