Vloga materinskih učinkov v evoluciji spolne dvoličnosti (MATES)

Fenotipske razlike med spoloma so za evolucijske biologe uganka, ki jo najnatančneje ilustrira izraz »en genom, dva spola«. Slednje povzema vprašanje, kako iz skoraj enakih genomov lahko nastanejo različni fenotipi. V srži problema je »spolni konflikt«, ki nastane, ko genetske različice izbrane lastnosti koristijo enemu in škodijo drugemu spolu. Čeprav je spolni dimorfizem pogost pojav, pa so genetski in molekularnim mehanizmi, ki omogočajo evolucijo in nastanek spolnega dimorfizma, večinoma niso poznani. Najsodobnejše študije kažejo, da je spolni dimorfizem pogosto posledica spolnih razlik v izražanju genov in/ali spolno specifičnih vzorcev spajanja mRNK. Poleg tega novejše študije ugotavljajo, da na razlike v fenotipih vplivajo t.i. materinski učinki, mehanizem, kjer matere vplivajo na fenotip potomcev, ki ni neposredno odvisen od podedovanih genov. Materinski učinki so posledica bodisi specifičnih genov matere (materinski-genetski učinki), bodisi okolja, v katerem ta živi (materinski-okoljski učinki). Če imajo materinski učinki genetsko osnovo, predstavljajo dedno komponento fenotipske variabilnosti. Preučevanje materinskih genetskih učinkov v evolucijskih raziskavah je neraziskano in novo nastajajoče področje.

Predlagani projekt MATES je logično nadaljevanje naših dolgoletnih raziskav ekstremnega velikostnega spolnega dimorfizma (SSD) pri vrsti Afriški pajek samotar, Nephilignis cruentata, kjer je samica v povprečju kar 75-krat težja od samcev in našega najnovejšega odkritja mehanizma, ki zaobide spolni konflikt. S sodobnimi kvantitativnimi genetskimi pristopi smo namreč pokazali, da variabilnost v velikosti samice pojasnjujejo predvsem neposredni genetski učinki, variabilnost samcev pa v ~25 % lahko pripišemo materinskim učinkom. Nasprotno, materinski učinki pojasnjujejo le ~13 % variabilnosti velikosti samic, neposredni genetski učinki pa pojasnjujejo le zanemarljiv del variabilnosti velikosti samcev. Mehanizem, kjer se specifični prispevki neposrednih genetskih in materinskih učinkov na velikost potomcev razlikujejo med spoloma, predstavlja mehanizem, ki omogoča evolucijo za spol-specifičnih optimalnih vrednosti. To prelomno odkritje v evolucijski biologiji predstavlja nov pogled na razrešitev spolnega konflikta in odpira nove smeri raziskovanja mehanizmov nastanka spolnega dimorfizma.

Projekt MATES je zasnovan na izsledkih kvantitativno-genetskih raziskav z namenom, da odkrije mehanistične osnove SSD vrste N. cruentata. Predlagana raziskava bo preučila vlogo in obseg neposrednih genetskih, materinih genetskih in okoljskih učinkov na telesno velikost pri obeh spolih, opredelila materine lastnosti, ki vplivajo na materine učinke, ter natančno določila gene, povezane s telesno velikostjo samic, in materine lastnosti, ki vplivajo na velikost obeh spolov. MATES ima štiri cilje: (1) identifikacijo genov, ki določajo telesno velikost pajkov; (2) ovrednotiti naravo materinskih učinkov, ki pojasnjujejo variabilnost v velikosti, torej če prevladujejo materinski genetski ali materinski okoljski učinki; (3) identificirati reproduktivne lastnosti samice, ki so potencialni vir materinskih učinkov, kot sta npr. velikost ali kvaliteta jajčnih celic; in (4) opredeliti gene, ki nadzorujejo materinske učinke s pomočjo asociacijskih študij na celotnem genomu. Raziskovalni projekt bo tako poglobil naše razumevanje nastanka SSD in naravo dedovanja teh lastnosti. Projekt je zasnovan interdisciplinarno in združuje sodobne metode iz kvantitativne genetike, genomike, biokemije in razvojne biologije. Raziskovalna skupina združuje raznovrstne raziskovalce s specializiranim znanjem in raziskovalce s širino, kar zagotavlja teoretično in tehnično usposobljenost raziskovalne skupine in uspeh projekta.

MATES odstira nove poglede na mehanizme nastanka razlik v fenotipih obeh spolov. Ponuja nov pogled na klasičen problem, ki bo z inovativnim raziskovalnimi pristopi nemara odstrl pot alternativnim razlagam in postavil nov mejnik evolucijski biologiji.