В Институте цитологии РАН описали новые механизмы деления половых клеток у одного из видов морских улиток

Команда исследователей из Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) и Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) обнаружила ранее неизвестный способ деления мужских половых клеток (мейоз) у Littorina saxatilis – широко распространенного морского моллюска, который является популярной моделью для исследования механизмов образования новых видов. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Biology. Они помогут уточнить представление ученых о фундаментальных механизмах полового размножения у различных видов живых организмов, включая человека.

Littorina saxatilis – это широко распространённый вид морских брюхоногих моллюсков, которые обитают в морях Северного полушария (в Атлантическом океане, Баренцевом море, вблизи Гренландии и Гибралтара и др.). В контексте эволюционной биологии L. saxatilis давно служит моделью для изучения механизмов видообразования, а также для генных, транскриптомных и протеомных исследований, направленных на понимание молекулярных основ репродуктивной изоляции видов, вклада переноса генов и естественного отбора в диверсификацию близкородственных видов. Однако развитие половых клеток этих моллюсков всё ещё не до конца понятно.

«Наша научная группа изучает фундаментальные механизмы мейоза. В общих чертах они известны давно, о них даже рассказывают на школьных уроках. На деле же ограничены лишь описанием нескольких модельных организмов. В нашей текущей статье мы описали необычный, неканонический, способ деления половых клеток у широко известного литорального морского моллюска L. saxatilis», – отмечает заведующий Лабораторией морфологии клетки ИНЦ РАН Дмитрий Боголюбов.

Проведенное исследование является частью цикла работ ученых ИНЦ РАН по изучению L. saxatilis. Так, ранее они обнаружили новый тип строения семенников у данного моллюска, а также показали, что происходящие в них процессы характерны для другого классического модельного вида – плодовой мушки дрозофилы. В продолжение этих работ группа исследователей применила инновационный оригинальный метод получения препаратов ядер и хромосом для цитогенетического анализа с высоким разрешением. Данный подход позволил так распластать ядра клеток и хромосомы, что стали видны тонкие детали, недоступные обычной визуализации.

Для этого фиксированные клетки подвергали высокому давлению: препараты с кусочками половых желез моллюска на стекле помещали в особые гидравлические тиски, снабжённые манометром, а затем постепенно и медленно, в течение 90–120 секунд, увеличивали давление, доводя его примерно до 250 кг/кв. см (то есть почти 1 тонны на площадь образца). На полученных препаратах учёные смогли проследить в мельчайших цитологических деталях весь длинный и сложный путь развития мужских половых клеток литорины: от вступления сперматогониев (митотически делящихся диплоидных клеток) в мейоз и вплоть до его завершения.

Мужской мейоз L. saxatilis протекает нетипично. Так, обнаружены две неканонические стадии – диффузная и кариосомная. Оказалось, что на стадии средней диплотены (одной из стадий мейоза) мейотические биваленты существенно разрыхляются (диффузная стадия), и только потом сперматоциты вступают в диплотену. На этой стадии учёные зафиксировали формирование кариосомы — особой мейоз-специфической структуры, образованной всеми хромосомами, собранными в единый компактный клубок в небольшом участке большого ядра. Хотя эти процессы были известны более 120 лет назад, обычно ими характеризовался женский мейоз, а не мужской.

При этом женский мейоз литорины, как было выяснено нами, протекает канонически, вполне «нормальным» образом. Кроме того, совершенно нетипичным оказался диакинез – последняя стадия профазы мейоза.

«Полученные результаты ставят перед учеными еще много вопросов: почему протекание мейоза у литорины не укладывается в рамки, привычные нам со школьных учебников? Почему одни признаки поведения мейотических хромосом напоминают дрозофилиные, а другие вообще характерны для сумчатого гриба Sordaria macrospora? Где брюхоногие моллюски и где дрозофила, тем более микроскопические грибы-аскомицеты? Не отражает ли это еще не сложившийся в эволюции канонический паттерн протекания мейоза? Ответы на эти вопросы мы будем искать в дальнейших исследованиях», – рассказывает Дмитрий Боголюбов.

Исследование проведено учёными из ИНЦ РАН под руководством заведующего Лабораторией морфологии клетки Дмитрия Сергеевича Боголюбова совместно со специалистами кафедры зоологии беспозвоночных СПбГУ. Результаты получены при поддержке гранта РНФ (№19-14-00321), а также в рамках выполнения темы госзадания ИНЦ РАН при поддержке Минобрнауки России.