Une étude de l'Université de l'Utah-dirigé identifié un "gène de la non-viabilité hybride" recherché depuis longtemps responsable de la mort ou infertiles progéniture lorsque deux espèces de mouches des fruits accoupler avec l'autre. Les hangars de découverte lumière sur le processus génétiques et moléculaires conduisant à la formation de nouvelles espèces, et peuvent fournir des indices sur la façon dont le cancer se développe.
"Nous savions depuis des décennies que quelque chose comme ce gène doit exister, et notre approche a finalement permis d'identifier", a dit le biologiste Nitin Phadnis, principal auteur de l'étude publiée aujourd'hui dans la revue Science.
La définition d'une espèce est qu'il ne peut pas se reproduire avec succès avec une autre espèce, de sorte que "pour comprendre la spéciation est de comprendre comment ces barrières reproductives évolué," dit-il. "Vous les appelez nouvelles espèces quand il ya des obstacles qui les empêchent de se reproduire avec l'autre. L'identification de ces gènes et de découvrir la base moléculaire de la stérilité hybride ou la mort est la clé pour comprendre comment de nouvelles espèces évoluent et reste l'une des questions de grandes et de longue date dans la biologie depuis Darwin ".
Une grosse surprise est que le gène qui rend les hybrides de mouches des fruits non viables - nommé gfzf - est un «gène du cycle cellulaire règlement" ou "cycle checkpoint cellule gène" normalement impliqué dans l'arrêt de la division cellulaire et la réplication si des défauts sont détectés. Mais lorsqu'ils sont mutés et les handicapés dans la nouvelle étude, le gène a permis la survie des hybrides mâles des deux espèces de mouches des fruits.
Le gène gfzf évolue rapidement, ce qui est ce que les biologistes attendent de gènes hybrides non-viabilité. Mais aussi a été une surprise parce que les gènes du cycle cellulaire checkpoint évoluent généralement lentement parce qu'ils sont "conservées" gènes essentiels dans la plupart des organismes.
Cela et la découverte que gfzf causant la mort ou la stérilité chez les hybrides de mouches des fruits »est vraiment important dans la biologie du cancer», dit Phadnis. "Biologistes cancer sont intéressés par des postes de contrôle du cycle cellulaire parce que vous pouvez avoir un cancer quand ceux qui vont mal [et les cellules prolifèrent incontrôlée]. Les biologistes veulent comprendre le mécanisme. Ce travail montre que certains de ces composants dans les machines de police du cycle cellulaire peut être rapidement changer ».
Phadnis et ses collègues ont dû surmonter plusieurs obstacles techniques à gfzf identité que le gène de la spéciation, et il spécule que utilisant des techniques similaires pourrait montrer "que ce genre de processus peut se révéler important dans de nombreuses autres espèces."
Un conte de deux mouches des fruits
La nouvelle étude a porté sur deux espèces étroitement liées de mouches des fruits trouvés dans le monde entier: Drosophila melanogaster et Drosophila simulans. Phadnis dit deux espèces de mouches des fruits ont été autour d'un couple de millions d'années. Phadnis dit la nouvelle étude "résout avec succès l'un des cas les plus célèbres de la génétique de spéciation», à savoir, pourquoi la progéniture hybride des deux espèces ne sont pas viables.
Les généticiens ont cherché gènes de non-viabilité de mouches des fruits jamais depuis 1910, quand ils ont noté première hybrides entre les deux espèces étaient morts, dit Phadnis.
Au cours de la dernière décennie, d'autres scientifiques identifiés et impliqués deux autres gènes qui jouent un rôle dans l'apparition de descendants morts ou infertiles lorsque les deux espèces de mouches des fruits Maté: un D. simulansgène nommé Lhr (de sauvetage hybride létale) et un D. gène melanogaster nommé Hmr (hybride de sauvetage mâle). Si l'une gène est absent, les mâles hybrides survivent. Mais la preuve a indiqué un troisième, gène inconnu a également été nécessaire pour créer des hybrides morts ou stérile.
Phadnis dit nouvelles espèces évoluent lorsque deux populations d'une même espèce sont séparés - généralement géographiquement - et puis "quelque chose change dans leur génome de telle sorte que quand ils utilisés auparavant pour être compatible, maintenant leurs hybrides sont dysfonctionnels."
Il dit qu'il est extrêmement difficile d'identifier des gènes hybrides non-viabilité. Génétique implique généralement l'élevage à identifier les gènes responsables d'une fonction ou d'un dysfonctionnement particulier. Mais si les hybrides sont morts ou infertiles, cela ne fonctionne pas.
En outre, des outils de recherche génétiques ont été conçus pour D. melanogaster - les mouches des fruits utilisés dans des expériences de génétique - pas pour D. simulans, dont la recherche a été indiqué précédemment porte le gène nouvellement identifié. Enfin, il n'y a pas d'origine naturelle mutant du gène de la non-viabilité hybride nouvellement identifié pour identifier et isoler des populations naturelles de mouches.
Ainsi, "nous avons trouvé un moyen de contourner les barrières traditionnelles" en inversant incompatibilités hybrides entre les deux espèces de mouches des fruits et en utilisant le séquençage de prochaine génération de leurs modèles génétiques, dit Phadnis.
Elevage mutants mâles hybrides mouches des fruits qui vivent
Phadnis et collègues nourris 55.000 hommes D. simulansmouches des fruits un produit chimique de mutation causant, accouplé mutant D. simulans Hommes avec D. normale femelles melanogaster, et ensuite déterminé des gènes mutés qui a permis à certains hybrides mâles de vivre. Tous les mâles hybrides meurent normalement au cours de la transition de la larve à nymphe, afin qu'ils ne deviennent jamais des mouches adultes.
La progéniture résultant comprenait 300.000 femelles hybrides - qui étaient stériles mais vivant - et seulement 32 hybrides mâles vivant, aussi stérile. Seulement six des hybrides mâles vivants étaient en vie en raison d'une mutation qui désactivé le gène hybride inviabilité encore non identifié, alors que les 26 autres ont pas été analysés.
Les chercheurs ont ensuite séquencé les génomes ou modèles génétiques de ces six hommes hybrides mouches des fruits, et des deux souches de mouches de fruits parent. Ils ont ensuite comparé le D. simulans partie des génomes des six mâles hybrides vivants vers les génomes de la souche non mutante de D. simulans parent vole. Cela a permis Phadnis et ses collègues afin d'identifier tous les 600 à 1.200 nouvelles mutations dans chacun des six mâles hybrides vivants.
Dans ce Phadnis appelle «un résultat étonnamment propre", les chercheurs ont trouvé qu'une seule D. simulans gène de la mouche des fruits était mutant dans les six hommes hybrides en direct: un gène sur le troisième chromosome nommé gfzf.Ainsi, le gène de gfzf D. simulans est le gène de la non-viabilité hybride qui aide normalement tuer les mâles hybrides, mais leur permet de vivre quand réduits au silence par une mutation.
Les chercheurs ne savent pas encore le rôle normal du gène gfzf à un niveau moléculaire, mais Phadnis envisage d'étudier la prochaine. Il prévoit également d'examiner si il ya plus de gènes impliqués dans la non-viabilité de la progéniture lorsque les deux espèces de mouches des fruits compagnon.
Pourquoi un gène qui rend hybrides existerait non viables? Ne doit pas la sélection naturelle éliminer au fil du temps? Phadnis dit ces gènes sont sélectionnés pour une autre caractéristique - les chercheurs ne savent pas encore ce que - et «la mort de l'hybride est une conséquence accidentelle de cette évolution."
Phadnis spécule gfzf peuvent être favorisés par la sélection naturelle, car il permet de contrôler soi-disant gènes sauteurs, qui peuvent perturber des gènes essentiels pour créer des mutations pathogènes.
Pourquoi est-il important d'apprendre comment une espèce peut devenir deux nouvelles espèces?
"Même quand nous sommes petits enfants, une des premières choses que nous découvrons sur le monde est le nombre et la diversité des espèces sur Terre énorme», dit Phadnis."Spéciation est le moteur produisant cette diversité. Donc compréhension spéciation a été un problème de longue date, avant même que les jours de Darwin. Maintenant, nous avons finalement sommes en mesure d'utiliser la technologie de manière créative pour résoudre ces problèmes de longue date, les anciens."
Co-auteurs et les bailleurs de fonds
Phadnis a mené l'étude avec l'Université de l'Utah stagiaire postdoctoral Kimberly Frizzell et doctorant Jacob Cooper;techniciens Emily Baker et Aida de la Cruz, du Centre de recherche sur le cancer Fred Hutchinson à Seattle; et les professeurs Jay Shendure et Harmit Malik, la génétique doctorant Jacob Kitzman et de premier cycle Emily Hsieh de l'Université de Washington. Kitzman est maintenant professeur à l'Université du Michigan. Phadnis a commencé l'étude en tant que stagiaire postdoctoral dans le laboratoire de Malik, puis complété pendant les deux dernières années à Utah.
La recherche a été financée par le Howard Hughes Medical Institute, Fondation Life Sciences Research, National Institutes of Health, la National Science Foundation, Fondation Mathers et Mario R. Capecchi Phadnis chaire de biologie de l'George S. Fondation Dolores Doré Eccles.