Zvětšit obrázek

Když se dvě populace jednoho druhu geograficky vzájemně izolují, jejich geny se v průběhu času mění a populace se od sebe geneticky vzdalují. Nakonec dojde k tomu, že když se samec z jedné skupiny páří se samicí z druhé skupiny, potomstvo hyne, nebo je neplodné. Tak, jako je tomu například u kříženců koně a osla. V tomto bodě říkáme, že vznikly dva samostatné druhy. Vědci odhalili mechanismus, který takovému křížení brání a který by mohl barieru mezidruhového křížení pomoci překonávat. (Kredit: brighstonebay)

V časopisu Public Library of Science Biology (Vol. 7, No. 10) se objevil článek o tom, jak rychle se vyvíjí „junk“ DNA a že tato „nefunkční“ část bez genů, o níž se soudilo, že je pouhým genetickým smetím, může mít na starosti inkompatibilitu mezi dvěma příbuznými druhy. Zajišťuje, aby k takovému křížení nedocházelo.

Vědci  novou funkci „junk“ DNA zjistili, když křížili dva úzce příbuzné druhy banánových mušek, Drosophila melanogaster a D. simulans. Nyní se jim podařilo rozluštit sto let starou záhadu, proč když samce D. melanogasters nechají spářit se samicí D. simulans, mají spolu normálního samce ale samičky hynou. Na nečekanou úlohu genomového „odpadu“ přišel postdoktorand Patrick Ferree když pátral po tom, které DNA elementy zabíjí samičky hybridů a jak to dělají. Ukázalo se, že samičí embrya hynou za začátku svého vývoje.

Jak známo, u většiny druhů nový jedinec vzniká při oplodnění, kdy samčí spermie (nesoucí X nebo Y chromozóm) se spojí s vajíčkem (které má X chromozóm). Vzniká nová buňka, která má jedno jádro v němž jsou pohlavní chromozómy od obou rodičů. Když potomek zdědí od otce X chromozóm, je z něj samička. Když od otce dostane Y chromozóm, je samcem. Nyní se ukázalo, že určité segmenty v DNA samčích X chromozómů dávají do vínku samičkám vznikajícím z mezidruhového páření také smrt. Jde o chromozomální oblast, kde je heterochromatin silně zhuštěn (zapakován). Jde o lokalitu v níž jsou opakující se sekvence nukleotidů (repetitivní sekvence). Oblast se nachází blízko středu chromozómu.

V době kdy na buňku přijde dělení, musí si zajistit zdvojení své genetické výbavy. V těchto počátečních fázích dělení buňky se specifická oblast na X chromozómu stává „lepivou“. Místo toho, aby se rozcházející porce informací obsažená v chromozómech dělila „fifty-fifty“, dochází k nepravostem. To evidentně nově vznikající buňkám nedělá dobře a rozhádané buňky nakonec nechají embryo zemřít.
 
Za vším zřejmě stojí heterochromatin, který se vyvíjí rychleji, než ostatní části genomu. A také to, že proteiny vznikající v počátcích vývoje embrya (nutné pro dělení buňky), pochází od matky. Vědci si to vysvětlují tak, že rychle se rozvíjející heterochromatin na chromozómu X zděděného po meči (od D. melanogaster), přestane v procesu dělení buněk být rozpoznáván mechanismem, který zajišťuje DNA zděděná po přeslici.  Mateřská porce DNA (od  D. simulans) se nedomluví se samčí „junk“ DNA na X chromozómu a proces dělení buněk, krátce po začátku embryonálního vývoje kolabuje. 

Zvětšit obrázek

Defekt vývoje chromatinu v jádře (asynchronie mitózy), který stojí za mezidruhovou barierou byl odhalen na drozofylách. Vlevo je jádro samčího embrya (s šancí na přežití), vpravo rozhádané jádro samičího embrya, kterému junk DNA brání normálnímu vývoji. (Kredit: Cornell University)

Za problémy může oblast, která na X chromozómu (D. melanogaster) zabírá délku zhruba 5 milionů párů bází, zatímco na X chromozómu D. simulans má jen 100 000 párů bází. Hynutí samiček tedy zajišťuje padesátinásobný rozdíl v délce jedné části X chromozómu.  Takzvaná „nefunkční“ DNA tímto objevem dostává novou náplň – bránit mezidruhovému křížení. Nový poznatek vede k celé řadě otázek. Například té, co by se asi stalo, kdyby tyto nefunkční DNA camfourky (v nichž nejsou žádné geny) genetici vystřihli z genomu druhů, které se už mezi sebou dávno nemohou křížit? Nedostávají chovatelé a šlechtitelé do ruky nový nástroj, který by mohl přispívat k překonávání mezidruhových barier?

Pramen:

PLOS Biology

Cornell University