Температурний перемикач перетворює самців бородатих агам на самок.
Ми звикли, що пів організмів однозначно залежить від хромосомного набору, або, точніше сказати, від комбінації генів, що вийшла при заплідненні. Однак тут є деякі цікаві винятки: наприклад, у багатьох рептилій і риб немає статевих хромосом, а стать залежить від того, за яких умов розвивався зародок.
Часто вирішальним фактором виявляється температура, тобто в спеку з яєць здебільшого виходять дитинчата однієї статі, а якщо погода була не дуже спекотною, то іншої.
Але бородаті агами примудрилися стати винятком з винятків: не так давно виявилося, що підлога у них залежить і від хромосом, і від температури. Статеві хромосоми у агам (а також у деяких інших рептилій, у птахів і деяких комах) називаються Z і W, і стать вони визначають інакше, ніж «наші» X і Y: у самок хромосоми різні - Z і W, а у самців однакові - Z і Z.
У агам все так і відбувається, якщо яйця дозрівають при температурі нижче 32 ° С. Якщо ж температура стає вище 32 ° С, то генетичні самки так і залишаються самками, але і ZZ-ембріони перетворюються на самок. Тобто генетично вони самці, а фізіологічно й анатомічно - самк
и. Дослідники з Університету Нового Південного Уельсу та Університету Канберри - ті самі, які виявили подвійне визначення статі в агам - продовжили вивчати «статеве питання» у цих рептилій, і тепер у своїй у своїй новій статті в Science Advances вони описують молекулярний механізм, який перемикає агамам їхню стать залежно від навколишніх умов
. Артур Джорджіс (Arthur Georges) і його колеги порівняли вміст РНК у різних тканинах у агам різної статі: у «нормальних» самців, «нормальних» самок і у «температурних» самок (тобто у таких, які в яйці стали самками за дією спеки
) .РНК знадобилася тому, що по ній можна зрозуміти, які гени активні і наскільки саме вони активні. Як відомо, щоб інформація, укладена в гені, почала працювати, з гена - тобто з певної послідовності в дуже, дуже великий ДНК - знімається «відбиток» - копія у вигляді порівняльної короткої молекули РНК. Цей процес називається транскрипцією, і активність гена можна оцінити за інтенсивністю транскрипції - вважаючи, скільки молекули РНК сходить з конкретної ділянки ДНК в клітинах тієї чи іншої тканини
. (У дужках зауважимо, що потім на РНК починається синтез білкових молекул відповідно до генетичної інструкції, яку РНК несе у своїй послідовності. Синтез білка називається трансляцією, і для більшої точності активність гена слід оцінювати і за кількістю білка, тому що може бути так, що РНК-копій з'являється багато, а білка мало - через мляву трансляцію. Однак часто кількості РНК буває цілком достатньо, щоб оцінити активність генів.)
Як і очікувалося, у «температурних» самиць виявилися свої молекулярно-генетичні особливості: кілька генів відрізнялися підвищеною активністю, і серед них було два гена з сімейства Jumonji, про які давно відомо, що вони беруть участь у «статевій долі» зародку у різних тварин. Так, один з цих Jumonji-генів пригнічує розвиток насінників у звірів, а інший допомагає збалансувати роботу X-хромосом у самок, щоб через подвійний «ікс» в самопочиїх клітинах не було перевиробництва білків, кодованих X-хромосомою, щоб активність її генів була не подвійною, а нормальною, «одинарною». Загалом, обидва гена працюють на користь самок, і у агам, як ми щойно сказали, вони особливо активно функціонують у тих особин, чий ембріональний розвиток відбувався при підвищеній температурі.
Однак найголовніше було в іншому. Обидва Jumonji-гени в тій чи іншій працюють і у «нормальних» самців і самок, але РНК-копії, які сходять з генів Jumonji, у «температурних» самок відрізняються: білки, які синтезуються на РНК з обох генів, виявляються меншими за розміром, ніж ті самі білки, що синтезуються в клітинах «нормальних», генетично обумовлених самок і самців.
Відбувається так через особливості сплайсингу - так називають процес редагування РНК, який відбувається у всіх еукаріот; детально ми його описувати не будемо, скажімо лише, що в результаті у «температурних» самиць в РНК зберігається стоп-сигнал, який обриває синтез поліпептидного ланцюга раніше звичайного.
Втім, поки що автори роботи зупинилися на етапі РНК, а які саме білки там виходять і що вони потім роблять, належить з'ясувати в подальших експериментах. Але, взагалі кажучи, регуляція на рівні редагування РНК - досить «популярний» спосіб змінити молекулярний пейзаж у клітці, і в природі такий трюк використовується досить часто.
У випадку ж з бородатими агамами, очевидно, все відбувається наступним чином: підвищення температури якимось чином примушує ембріон синтезувати вкорочені білки, які відіграють важливу роль у формуванні статі. Обидва білки служать перемикачами між двома напрямками розвитку, і в укороченому вигляді вони відключають хромосомне визначення статі, одночасно запускаючи реакції, які формують стать за станом зовнішніх умов.
Дослідники особливо відзначають, що такі ж вкорочені білки вони знайшли в ембріонах алігаторів і черепах, у яких стать теж залежить від температури, так що, можливо, визначення статі через редагування РНК - це загальна особливість багатьох, якщо не всіх, рептилій.