Температурный переключатель превращает самцов бородатых агам в самок.

Мы привыкли, что пол организмов однозначно зависит от хромосомного набора, или, точнее сказать, от комбинации генов, получившейся при оплодотворении. Однако тут есть некоторые любопытные исключения: например, у многих рептилий и рыб нет половых хромосом, а пол зависит от того, при каких условиях развивался зародыш.

Бородатая агама Pogona vitticeps/ (Фото: Hamus / Flickr.com.)

Показывая «бороду», агама пугает врагов. (Фото: Jordan Vos / Flickr.com.)

Часто решающим фактором оказывается температура, то есть в жару из яиц по большей части выходят детеныши одного пола, а если погода была не слишком жаркой, то другого.

Но бородатые агамы ухитрились стать исключением из исключений: не так давно оказалось, что пол у них зависит и от хромосом, и от температуры. Половые хромосомы у агам (а также у некоторых других рептилий, у птиц и некоторых насекомых) называются Z и W, и пол они определяют иначе, чем «наши» X и Y: у самок хромосомы разные – Z и W, а у самцов одинаковые – Z и Z.

У агам все так и происходит, если яйца созревают при температуре ниже 32 °С. Если же температура становится выше 32 °С, то генетические самки так и остаются самками, но и ZZ-эмбрионы превращаются в самок. То есть генетически они самцы, а физиологически и анатомически – самки.

Исследователи из Университета Нового Южного Уэльса и Университета Канберры – те самые, которые обнаружили двойное определении пола у агам – продолжили изучать «половой вопрос» у этих рептилий, и теперь в своей в своей новой статье в Science Advances они описывают молекулярный механизм, который переключает агамам их пол в зависимости от окружающих условий.

Артур Джорджис (Arthur Georges) и его коллеги сравнили содержание РНК в разных тканях у агам разного пола: у «нормальных» самцов, «нормальных» самок и у «температурных» самок (то есть у таких, которые в яйце стали самками по действием жары).

РНК понадобилась потому, что по ней можно понять, какие гены активны и насколько именно они активны. Как известно, чтобы информация, заключенная в гене, начала работать, с гена – то есть с определенной последовательности в очень, очень большой ДНК – снимается «оттиск»-копия в виде сравнительной короткой молекулы РНК. Этот процесс называется транскрипцией, и активность гена можно оценить по интенсивности транскрипции – посчитав, сколько молекулы РНК сходит с конкретного участка ДНК в клетках той или иной ткани.

(В скобках заметим, что потом на РНК начинается синтез белковых молекул в соответствии с генетической инструкцией, которую РНК несет в своей последовательности. Синтез белка называется трансляцией, и для большей точности активность гена следует оценивать и по количеству белка, потому что может быть так, что РНК-копий появляется много, а белка мало – из-за вялой трансляции. Однако часто количества РНК бывает вполне достаточно, чтобы оценить активность генов.)

Как и ожидалось, у «температурных» самок оказались свои молекулярно-генетические особенности: несколько генов отличались повышенной активностью, и среди них было два гена из семейства Jumonji, про которые давно известно, что они участвуют в «половой судьбе» зародыша у самых разных животных. Так, один из этих Jumonji-генов подавляет развитие семенников у зверей, а другой помогает сбалансировать работу X-хромосом у самок, чтобы из-за двойного «икса» в самочьих клетках не было перепроизводства белков, кодируемых X-хромосомой, чтобы активность ее генов была не двойной, а нормальной, «одинарной». В общем, оба гена работают в пользу самок, и у агам, как мы только что сказали, они особенно активно функционируют у тех особей, чьё эмбриональное развитие происходило при повышенной температуре.

Однако самое главное было в другом. Оба Jumonji-гена в той или иной работают и у «нормальных» самцов и самок, но РНК-копии, которые сходят с генов Jumonji, у «температурных» самок отличаются: белки, которые синтезируются на РНК с обоих генов, оказываются меньше по размеру, чем те же белки, синтезируемые в клетках «нормальных», генетически-обусловленных самок и самцов.

Происходит так из-за особенностей сплайсинга – так называют процесс редактирования РНК, который происходит у всех эукариот; подробно мы его описывать не будем, скажем лишь, что в результате у «температурных» самок в РНК сохраняется стоп-сигнал, который обрывает синтез полипептидной цепи раньше обычного.

Впрочем, пока что авторы работы остановились на этапе РНК, а какие именно белки там получаются и что они потом делают, предстоит выяснить в дальнейших экспериментах. Но, вообще говоря, регуляция на уровне редактирования РНК – довольно «популярный» способ изменить молекулярный пейзаж в клетке, и в природе такой трюк используется довольно часто.

В случае же с бородатыми агамами, очевидно, все происходит следующим образом: повышение температуры каким-то образом понуждает эмбрион синтезировать укороченные белки, которые играют важную роль в формировании пола. Оба белка служат переключателями между двумя направлениями развития, и в укороченном виде они отключают хромосомное определение пола, одновременно запуская реакции, которые формируют пол по состоянию внешних условий.

Исследователи особо отмечают, что такие же укороченные белки они нашли в эмбрионах аллигаторов и черепах, у которых пол тоже зависит от температуры, так что, возможно, определение пола через редактирование РНК – это общая особенность многих, если не всех, рептилий.