Выключение регуляторного белка, который кодируется геном orthodenticle, привело к развитию у жуков функционального третьего глаза посередине головы. По-видимому, подавление функции гена привело к запуску «древней» программы формирования зрительных органов, которая в процессе эволюции видоизменилась у жуков по сравнению с другими насекомыми. Эксперименты с несколькими видами жуков-навозников провели ученые из университета Индианы, о чем рассказывается в пресс-релизе университета. Статья опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Формирование глаз у насекомых происходит в результате согласованной работы регуляторной «пирамиды», на вершине которой может стоять единственный ген. У модельных насекомых — плодовых мушек Drosophila — в качестве такого «мастер-гена», управляющего развитием органов зрения, был идентифицирован ген Pax6/eyeless. Искусственное повышение экспрессии этого гена в разных частях тела личинок приводило к формированию сложных глаз в неожиданных местах, например, на ногах. Эти глаза были, тем не менее, нефункциональны, так как не были связаны с мозгом мухи.
Энтомологи из университета Индианы использовали в качестве модельных объектов жуков-навозников и смогли сформировать у них почти полноценные дополнительные глаза путем подавления транскрипции гена orthodenticle. У дрозофил продукт этого гена выполняет вспомогательную роль и необходим для развития фоторецепторов в составе сложных фасеточных глаз, а также простых глазков. Почти у всех жуков отдельных простых глазков нет, а ген orthodenticle, по-видимому, выполняет другие функции, противоположные таковым у мух.
Исследователи снизили экспрессию orthodenticle в тканях личинок пяти видов жуков при помощи РНК-интерференции. У всех личинок начали развиваться парные глаза посреди головы, которые у взрослых насекомых срослись в один фасеточный глаз. Анализ строения глаза показал, что орган сформирован правильно, и даже содержит зачатки нервной ткани. Когда у трехглазых жуков удалили нормальные глаза, оказалось, что «третий глаз» реагирует на свет, то есть частично функционален.
Верхняя панель: голова личинки жука Onthophagus sagittarius с выключенным геном orthodenticle (Otd1). Синие стрелочки указывают на нормальные глаза, а красные - на дополнительные глаза, которые у взрослого насекомого срастаются в один (нижняя панель)
Ученые также выяснили, что выключение orthodenticle у дрозофил и навозников приводит к противоположным изменениям в нижележащей регуляторной сети. К примеру, у мух это приводит к снижению экспрессии гена hedgehog, который отвечает за нейрогенез и формирование связей между мозгом и фоторецепторами. У подопытных жуков экспрессия этого гена, наоборот, возросла. По словам ученых, этот факт может объяснять, почему «лишние» глаза, которые удавалось сформировать у дрозофил, оказывались незрячими.
Ранее мы рассказывали, как ученые вырастили функциональный третий глаз на хвосте у головастика.