Половая жизнь жуков подчинилась 48-часовому циклу

Ученые из Китая и США идентифицировали рецептор полового феромона жука Holotrichia parallela и исследовали закономерности его работы. Выяснилось, что ген этого рецептора активнее всего экспрессируется каждую вторую ночь — синхронно с тем, как самки этого вида каждую вторую ночь выделяют половые феромоны. Усики самцов активнее реагировали на феромоны самок раз в 48 часов, сообщается в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Почти все процессы, протекающие в большинстве живых организмов, подчиняются 24-часовым циклам, которые связаны со сменой дня и ночи. Но у самок жуков Holotrichia parallela не так — они выделяют половые феромоны раз в двое суток, по ночам. Такой ритм ученые называют циркабидным — иногда люди могут подстраивать свой режим сна и бодрствования под него, однако долго это не длится. Также такой ритм исследователи замечали в летной активности комара Culiseta incidens, но только в прохладную погоду в условиях постоянной темноты.

Уолтер Лил (Walter S. Leal) из Калифорнийского университета и его коллеги из Академии сельскохозяйственных наук Китая решили выяснить, меняется ли восприимчивость самцов H. parallela к половым феромонам самок также в течение 48-часового цикла. Сначала исследователи нашли рецептор этих феромонов: для этого они проанализировали транскриптом жука, выявили гены обонятельных рецепторов и экспрессировали 15 таких рецепторов в ооцитах шпорцевой лягушки. Каждый рецептор тестировали на панели из более чем 80 одорантов, которая включала и два компонента полового феромона самок — метиловый эфир L-изолейцина (LIME) and L-линалоол. Только один из протестированных рецепторов, HparOR14, устойчиво реагировал на LIME и не так сильно — на L-линалоол.

Количественная ПЦР подтвердила, что HparOR14 — действительно рецептор половых феромонов. Уровни транскрипта HparOR14 были значительно выше, как в усиках самцов (р < 0,0001), так и в других тканях тела, чем в усиках и теле самок. Тогда ученые с помощью РНК-интерференции подавили экспрессию гена рецептора у самцов H. parallela и обнаружили, что такие жуки перестают подползать к приманке с половыми феромонами самок — в отличие от жуков с нормальной экспрессией гена (p < 0,0001).

Затем авторы исследовали экспрессию HparOR14 и сравнили ее с экспрессией гена другого обонятельного рецептора — HparOR1. Активнее всего HparOR14 экспрессировался по ночам с 31 по 51 день после вылета — это соответствовало времени выделения половых феромонов самками. Далее ученые отслеживали экспрессию HparOR14 в течение 5 дней — с 25 по 29 день после вылета. Они обнаружили, что в 25, 27 и 29 сутки уровни транскрипта значительно увеличивались ночью по сравнению с днем, а вот в 26 и 28 сутки ген рецептора экспрессировался не так интенсивно и уровень транскрипта существенно не различался днем и ночью. В то же время рецептор HparOR1 экспрессировался с одинаковой интенсивностью на протяжении всего эксперимента.

Измерив уровни транскрипта HparOR14 семь раз на протяжении 48 часов, авторы увидели, что в первые 24 часа экспрессия гена снижалась, а затем — увеличивалась, достигая максимума во вторую ночь. В том же режиме снижалась и росла реакция усиков самцов на LIME, которую измеряли с помощью электроантеннографии. А вот на летучие вещества зеленых листьев Z3-6Ac усики самцов реагировали одинаково на протяжении всех 48 часов. Так исследователи пришли к выводу, что экспрессия гена рецептора полового феромона у самцов Holotrichia parallela подчиняется 48-часовому циклу — синхронно с выделением этого феромона самками.

Ранее биологи выяснили, что у людей, которые стали ложиться спать на 10 часов позже обычного, экспрессия генов не подстроилась под новый режим. Хотя важным ограничением эксперимента было то, что он длился всего несколько дней.