Ученые из Университета штата Индиана создали генетически модифицированного навозного жука с функциональным третьим глазом. К развитию сложного органа привело подавление одного-единственного гена, участвующего в формировании головы насекомых. Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Об этом сообщает издание Science Alert.
Глаза насекомых образуются из плюрипотентных стволовых клеток, способных превращаться во все другие клетки организма и локализованных в передней части головы зародыша. Результаты экспериментов на плодовых мушках Drosophila и жуках хрущаках Tribolium показали, что развитие глаз зависит от сети взаимодействующих генов, лишь малая часть которой остается в ходе эволюции неизменной. Например, чрезмерная активность гена Pax6/eyeless, функционирующего как центр управления другими генами, приводит к появлению эктопических (то есть дополнительных) глаз в мушках и амфибиях рода Xenopus.
Хотя в состав эктопических глаз входят омматидии — структурные единицы, состоящие из фоторецепторов и проводящих электрический импульс клеток, — они не соединены нервом со зрительной корой. Однако исследователям удалось добиться этой связи у триб пластинчатоусых жуков Onthophagini и Oniticellini, подавив ген orthodenticle с помощью малых интерферирующих РНК (siRNA).
Ген orthodenticle (otd) кодирует транскрипционный фактор — молекулу, которая соединяется с ДНК и регулирует активность других генов. У хрущаков он отвечает за развитие фоторецепторов, а у фруктовых мушек за формирование рабдома (элемента сетчатки в фасеточных глазах) и другие структуры. Исследователи подавили образование транскрипционного фактора на стадии личинки, использовав siRNA, которые связываются с матричной РНК, являющейся продуктом otd, и приводят к ее деградации.
Несмотря на то что otd важен для формирования глаз у некоторых насекомых, у жуков-навозников его подавление вызывает появление сложных эктопических глаз, которые по своей структуре схожи с нормальными глазами. При этом жуки-мутанты, у которых обычные глаза были удалены, продолжали реагировать на свет.
По словам ученых, результаты эксперимента показали, что мутация даже одного гена может привести к появлению функциональных структур, которые могут оказаться полезными для особи.