Будучи межвидовым гибридом, съедобные лягушки в своих половых клетках избавляются от одного комплекта родительских хромосом, обеспечивая себе плодовитость.

Межвидовые гибриды бесплодны, хотя это правило далеко не универсально. Из-за того, что в гибридах соединяются хромосомы от разных видов, их половые клетки оказываются нежизнеспособны, либо нежизнеспособными оказываются зародыши. Половые клетки образуются не так, как все остальные клетки организма, и при их формировании возникают проблемы, связанные с разным числом хромосом, которые достались от отца и от матери, с разным строением хромосом, с отдельными генами и т. д.

Съедобная лягушка. (Фото: MarekOnski / Flickr.com) 

Тем не менее, некоторым гибридам удаётся преодолеть хромосомные трудности. Например, съедобная лягушка Pelophylax esculentus (её лапки – деликатес французской и китайской кухни) представляет собой гибрид двух лягушек, озёрной и прудовой. В обычных (соматических) клетках съедобной лягушки есть хромосомы двух других видов, а вот в половых клетках, то есть в яйцеклетках и сперматозоидах, только хромосомы какого-то одного вида, либо «озёрные», либо «прудовые». Половые клетки образуются из специальных клеток-предшественников, и вот в этих предшественниках половина хромосом как-то исчезает. Как именно исчезает, описывают в Scientific Reports сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета и Вроцлавского университета.

Исследователи наблюдали за развитием головастика съедобной лягушки, начиная с той стадии, когда у него появляются передние конечности, и до конца метаморфоза. Уже у головастика есть определённая группа клеток, которые называются клетками зародышевой линии – из них потом появятся непосредственные клетки-предшественники половых клеток, и сами яйцеклетки со сперматозоидами. Оказалось, что уже в этих головастиковых клетках зародышевой линии хромосомы начинают исчезать.

При делении хромосомы выстраиваются на экваторе клетки, и к ним с полюсов тянутся белковые нити, которые растащат их по образующимся дочерним клеткам. В клетках зародышевой линии одна или несколько  хромосом остаются как бы ничейными, и образуют структуры под названием микроядра. Впоследствии микроядра деградируют. Так за какое-то число делений ненужные хромосомы полностью исчезают, и в половых клетках съедобных лягушек оказываются хромосомы какого-то одного вида. То есть у съедобных лягушек получаются чисто «озёрные» или «прудовые» половые клетки. Но съедобные лягушки живут вместе с родительскими видами, так что число гибридов не угасает: скрещиваясь с озёрными или прудовыми особями, они снова получают порцию «озёрных» или «прудовых» хромосом.

Очевидно, что каждый раз исчезать в микроядрах должны хромосомы одного и того же вида, и в дальнейшем исследователи собираются выяснить, как именно происходит распознавание хромосом, которые надо удалить или, наоборот, оставить в клетке. Подобные механизмы изучены пока только на одноклеточных организмах, вроде инфузорий. Полученные результаты должны помочь в разработке новых методов редактирования генома, их можно будет применить в сельском хозяйстве и аквакультуре, а также при лечении трисомий – врожденных генетических мутаций, при которых у человека присутствует лишняя хромосома, как при синдроме Дауна.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (РНФ).

По материалам пресс-службы РНФ.