Ученые из Сколтеха показали, что при окукливании у насекомых активируются те же гены, что и на стадии эмбрионального развития в яйце. Открытие позволяет лучше понять, как в ходе эволюции некоторые насекомые, такие как бабочки, приобрели стадию куколки и какие генетические механизмы за нее отвечают — точных ответов на эти вопросы до сих пор нет.
Исследование опубликовано в Scientific Reports. «Некоторые насекомые, в том числе жуки, мухи, пчелы и мотыльки, из личинки превращаются в куколку, и на этой стадии в их организме происходят радикальные преобразования, результатом которых становится взрослая особь. Насекомое теряет все органы личинки и приобретает вместо них взрослый набор органов.
В этом исследовании мы рассмотрели 10 видов насекомых с точки зрения того, какие гены у них активны на стадии куколки, — оказалось, этот набор генов очень похож на тот, что задействован у них же в развитии эмбриона в яйце», — прокомментировала исследование его первый автор, аспирант Сколтеха Александра Озерова.
Эмбриогенез предполагает формирование новых органов с нуля. У изученных в работе насекомых эмбриональная генная программа запускается на стадии яйца, затем не работает у личинки, а дальше, как выяснили ученые, перезапускается у куколки посредством активации примерно того же самого набора генов.
«Окончательного объяснения нет, но существует две гипотезы, — пояснил руководитель исследования, глава Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха профессор Михаил Гельфанд. — С одной стороны, можно предположить, что у насекомых с полным превращением эмбриогенез на самом деле завершается только с окончанием стадии куколки, и тогда личинка у них — это своего рода промежуточный этап „ползучего эмбриона“. С другой стороны, насекомые без куколки линяют по мере роста, и есть вариант, что куколка — это своего рода очень усложненная линька. Пока ответа нет, но мы будем его искать».
Результаты исследования получены путем применения биоинформатического анализа к ранее опубликованным транскриптомным данным по разным насекомым. Транскриптом — аналог генома, только секвенируют не ДНК, а «списанную» с нее для реализации генетических инструкций РНК. Чем активнее некоторый ген, тем больше его РНК-копий наблюдается в клетках. За счет этого авторы исследования смогли проследить, как профиль активных генов меняется от одной стадии развития организма к другой.
Дальше биоинформатики собираются заняться поиском более тонких закономерностей экспрессии «кукольных» генов, сравнивая данные не просто между стадиями развития одного вида насекомых, а между разными видами. Это должно помочь разобраться, как в ходе эволюции возникла стадия куколки, и лучше понять, как она устроена.