Биологи закрутили спираль у раковины прудовой улитки в обратную сторону - влево - с помощью технологии редактирования генов CRISPR. Так они смогли подтвердить, что за вращение спирали отвечает один ген - Lsdia1 - и поворот в этой истории происходит в самом начале, когда эмбрионы улитки находятся на стадии клетки, пишет Science News. Результаты исследования опубликованы в журнале Development.
Хотя у большинства прудовых улиток (Lymnaea stagnalis) раковины закручены по часовой стрелке, встречаются среди них и «левши». Ранее ученые обнаружили убедительные доказательства того, что мутация в гене Lsdia1 отвечает за закрученную влево спираль раковины. Но был ещё один претендент - ген Lsdia2, который тоже мог влиять на этот процесс. Два гена идентичны на 89,4%, поэтому выяснить, кто из них был ответственным за мутацию, было сложно.
Биологи Реико Курода (Reiko Kuroda) и Масанори Абэ (Masanori Abe), которые работают в Токийском университете, отыскали Lsdia1 с помощью генного «редактора» CRISPR / Cas9. Они вызвали мутацию в гене, которая может быть передана будущим поколениям. По словам исследователей, у улиток, унаследовавших две отредактированные копии гена, раковины стали закручиваться влево.
Это достижение знаменует собой первый случай, когда исследователи смогли внести наследственные изменения в гены улитки, говорит эволюционный генетик Ангус Дэвисон (Angus Davison) из Ноттингемского университета в Англии. Команды, возглавляемые Дэвисоном и Куродой, ранее независимо друг от друга публиковали доказательства того, что ген Lsdia1 отвечает за этот поворот, но новая статья предоставляет окончательное доказательство.
В 2016 году Ангус Дэвисон, который изучал феномен на садовой улитке-левше по имени Джереми, объявил о поиске таких же левшей. По аналогии с новыми исследованиями, обнаружившими, что мутации в гене Lsdia1 заставляют раковины улитки вращаться против часовой стрелки, Дэвисон предположил, что садовые улитки (Cornu aspersum) с вращающимися влево раковинами, такими как Джереми, могут иметь мутации в гене с той же функцией, что и Lsdia1.
В новом исследовании Курода и Абэ также обнаружили, что Lsdia1 заставляет внутренние «леса» клетки - цитоскелет - очень рано закручиваться влево или вправо, когда эмбрионы улитки представляют собой отдельные клетки. Обнаружение этого раннего поворота решает давнюю загадку: когда начинает развиваться асимметрия?
Как и улитки, люди и многие другие организмы асимметричны, а внутренние органы растут с определённой стороны тела. Эта асимметрия необходима, например, для того, чтобы кишечник, в несколько раз превышающий длину тела, сложился упорядоченно в относительно небольшом пространстве, говорит Мартин Блум (Martin Blum), биолог из Университета Хоэнхайм в Штутгарте, Германия. Известно, что два гена, nodal и Pitx, участвуют в возникновении этой асимметрии: они возникают только на одной стороне эмбриона. Исследователи обнаружили, что эмбрионы улитки с отредактированными генами включили эти гены по образцу, который является зеркальным отражением к образу улитки-правши.
«Теперь мы знаем, что это начинается с симметричного зародыша», - говорит Блум. Белок Lsdia1 «натягивается» на цитоскелет, что заставляет клетки делиться по спирали. Это как-то вызывает nodal и Pitx для включения на одной стороне эмбриона. «Эта загадка разгадана», - заключает учёный, но до сих пор не хватает нескольких шагов, чтобы понять, как перекос деления клеток приводит к активности двух генов. Курода говорит, что она работает, чтобы заполнить детали.
Хотя «левосторонняя версия» Lsdia1 может помочь исследователям понять асимметрию, она, вероятно, не очень полезна для улиток в дикой природе. Дэвисон говорит, что улиткам с раковиной, закрученный влево, трудно вылупиться и найти партнеров.
Как же сложилась судьба Джереми? Знаменитая улитка-левша умерла в 2017 году, но прежде успела воспроизвести потомство с другими товарищами-левшами. Раковины у потомства тоже были закручены влево. Садовые улитки предпочитают спариваться с другими улитками, хотя они являются гермафродитами с мужскими и женскими репродуктивными органами и способны производить потомство самостоятельно.
[Фото: COURTESY KURODA LAB]
