Мухи еволюційно знайшли різні гени для формування осі тіла

18 серпня 2026 р. 20:01

18 серпня 2026 р. 20:01

У ембріональному розвитку однією з ключових подій є момент, коли зародок порушує симетрію та визначає, де буде голова, а де хвіст. Класичним об’єктом для вивчення цього процесу стала плодова мушка Drosophila melanogaster , але нове дослідження, описане на ресурсі Newswise Science News , показує, що інші види мух розв’язують те саме завдання за допомогою зовсім інших генів.

У дрозофіли за формування передньо-задньої осі тіла відповідає унікальний ген bicoid . Він є лише в частини видів мух. У 2019 році Урс Шмідт-Отт (Urs Schmidt-Ott) з Чиказького університету з колегами виявили три неспоріднені, але широко поширені гени, які взяли на себе цю ж функцію в інших мух. Це яскравий приклад так званого «дрейфу систем розвитку», коли генетичні мережі змінюються, але кінцевий результат — наприклад, вісь «голова–хвіст» — зберігається.

Як «мухи-метелики» задають вісь тіла

Після попередніх знахідок команда Шмідта-Отта розробила нові генетичні інструменти, щоб дослідити ці гени в різних видів мух. Їх цікавило, чи працюють вони подібно до bicoid , чи використовують інший механізм, і як така «заміна» впливає на подальшу роботу ембріональної генетичної мережі.

У новій роботі, опублікованій в журналі PLOS Biology, вчені зосередилися на гені odd-paired у так званої «мухи-метелика» Clogmia albipunctata . Це звичайна «каналізаційна» муха, яку можна побачити біля вологих і теплих місць — стічних отворів, квіткових горщиків чи в задушливих туалетах. Попри непримітний вигляд, саме цей вид допоміг зрозуміти, як у ході еволюції виникають нові «детермінанти осі», подібні за роллю до гена bicoid .

У дрозофіли та в «мухи-метелика» ген odd-paired у зародку відповідає за те, щоб сформувалася правильна кількість сегментів тіла під час розвитку личинки. Однак у Clogmia albipunctata цей ген має ще одну роль: самки активують його раніше, ще на етапі формування яйця. У цей час утворюється інша транскриптна ізоформа — варіант РНК з того самого гена, що кодує майже той самий білок, але з’являється в іншому місці й у інший час, у ділянці майбутньої голови яйця.

Саме така рання, локалізована активність odd-paired дозволяє «перевикористати» цей ген як сигнал для порушення симетрії та задання осі «голова–хвіст» у «мухи-метелика».

Різні цілі в геномі, спільний принцип роботи

Дослідників також цікавило, як саме на молекулярному рівні odd-paired у цих мух порушує симетрію, і чи збігаються його мішені з тими, на які діє bicoid у дрозофіли.

Обидва гени — і bicoid , і odd-paired — впливають на доступність хроматину у геномі, тобто на те, наскільки «відкритими» чи «закритими» є ділянки ДНК у ядрі клітини. ДНК разом із білками формує хроматин: у відкритому стані він пухко упакований і легше зчитується та регулюється, у закритому — щільно упакований і менш доступний для роботи генетичної «машинерії».

І в дрозофіли, і в «мухи-метелика» порушення симетрії відбувається через керування доступністю хроматину в ділянках геному, що активують гени, потрібні для формування голови. Однак конкретні цільові гени відрізняються. У дрозофіли bicoid має десятки прямих мішеней, одна з найвідоміших — ген hunchback . Натомість у Clogmia albipunctata замінник у вигляді odd-paired , ймовірно, взагалі не взаємодіє з hunchback .

Замість цього «муха-метелик» запускає формування голови через активацію двох інших генів — homeobrain та sloppy-paired . Тобто принцип — керування доступністю хроматину для «головних» генів — зберігається, але сам набір цілей у геномі змінюється.

Наскільки різноманітні ембріональні мережі мух

Поки що незрозуміло, чи достатньо лише цих двох генів, homeobrain і sloppy-paired , щоб порушити симетрію осі в більшості видів мух, чи ж ранні ембріональні генетичні мережі в різних групах набагато різноманітніші. Якщо це так, порівняння таких мереж у багатьох видів може показати, які елементи генетичних систем розвитку найбільш стійкі до змін і чому.

За словами Урса Шмідта-Отта, приклад формування осі в ембріонах мух демонструє цінність підходу, коли вивчають не лише один модельний організм, а одразу багато споріднених видів. Це дозволяє побачити, як природа розв’язує одне й те саме завдання різними шляхами.

Нині описано близько 150 000 видів мух, і серед них спостерігається величезна різноманітність способів, якими вони задають полярність «голова–хвіст» у зародка. Аналізуючи ці «природні експерименти», науковці сподіваються краще зрозуміти загальні принципи того, як працюють і змінюються механізми розвитку в ході еволюції.

Наука