Насекомые - это биологическая история успеха с их высокой численностью, доминирующим биоразнообразием и почти мировым распространением. Их эволюционное мастерство отчасти отражает их способность диверсифицировать и заполнять различные экологические ниши. Одним из средств достижения этого является разработка ряда ротовых аппаратов, позволяющих потреблять различные продукты питания. Ротовой аппарат может быть сильно видоизменен, как у соломовидных верхних челюстей бабочек, или чрезвычайно увеличен, как у жуков-оленей, которые используются для борьбы, а не для кормления. Однако молекулярные механизмы, лежащие в основе увеличения нижней челюсти, плохо изучены. Совместное японо-американское исследование, координируемое университетом Нагоя, пролило свет на генетический контроль над развитием нижней челюсти жука-оленя. Исследование было опубликовано в журнале Developmental Biology..
Развитие придатков, таких как конечности и ротовой аппарат, на разном расстоянии от стенки тела (проксимально, медиально и дистально) контролируется серией генов, высоко консервативных среди всех насекомых. Исследователи использовали метод молекулярного молчания для последовательного подавления экспрессии семи из этих генов, чтобы исследовать их роль в развитии и увеличении челюстей жуков-оленей.
Ген таксы (dac), контролирующий регуляцию средней области придатков у дрозофилы и многих других насекомых, оказывал наибольшее влияние на развитие нижней челюсти из всех семи проанализированных генов.
«Никдаун dac значительно уменьшил размер нижней челюсти у самцов, но не у самок жуков-оленей, и повлиял на морфологию нижней челюсти у обоих полов», - говорит автор-корреспондент Хироки Гото. «У сбитых с ног животных не развились зазубренные зубы, обычно встречающиеся у всех самцов, а также отсутствовали внутренние зубы, характерные для крупных самцов».
Гены aristaless (al) и homothorax (hth) также играют важную роль в развитии внутренних зубов. Однако нокдаун гена Distal-less (Dll), который функционирует в дистальных регионах, не влиял на развитие нижней челюсти. Это подтверждает прежнее знание о том, что насекомые утратили самые дистальные отделы нижней челюсти на ранних этапах эволюции.
Известно, что специфическое для самцов увеличение нижней челюсти у жуков-оленей регулируется ювенильным гормоном, так что более крупные самцы имеют непропорционально большие челюсти.
«В нокдаун-исследованиях мы наблюдали специфическую для размера связь с функциями dac, al и hth», - добавляет Готох. «Это говорит о том, что эти гены контролируют свою функцию с помощью фактора, зависящего от размера - скорее всего, ювенильного гормона».
Генетическое замалчивание также показало, что семь генов в значительной степени контролируют развитие ног жуков-оленей таким же образом, как и у других насекомых, но их роли в формировании антенн были более разнообразными. Эти законсервированные функции развития одних генов, но различные роли других, вероятно, способствовали эволюции ротового аппарата у разных видов насекомых.