Hvordan skrue op varmen forvandler mandlige skæggede drager til kvinder

australske forskere kan have fundet ud af, hvordan krybdyr ændrer se.under stress af ekstreme temperaturer.

Hvis du er en krybdyrs-keeper, du er uden tvivl bekendt med fænomenet temperatur-afhængige køn bestemmelse., I det væsentlige bestemmes køn af mange krybdyr-og endda køn af en række fisk-af miljøtemperaturer, der opleves under følsomme udviklingsstadier snarere end af tilstedeværelsen af en bestemt kombination af kønskromosomer. Temperaturafhængig kønsbestemmelse adskiller sig fra pattedyr og fugle, som næsten udelukkende er afhængige af kromosomal kønsbestemmelse. På trods af årtiers forskning ved vi stadig ikke nøjagtigt, hvordan temperaturafhængige kønsforskelle opstår., Men det ser ud til, at en gruppe australske forskere endelig har fundet ud af det: det handler om RNA-redigering.

Australske skæggede drager er enten afhængige af kromosomal eller temperaturafhængig kønsbestemmelse

køn hos næsten alle pattedyr er afhængig af kønskromosomer. Pattedyrs køn er resultatet af deres sex. / .y kønsbestemmelsessystem, hvor mænd er det heterogametiske (.y) køn. Men hos mange krybdyr er deres køn resultatet af temperaturer, der opleves under embryonal udvikling: mænd skyldes udsættelse for nogle temperaturer, mens kvinder skyldes andre temperaturer.,

men skæggede drager er afhængige af både kønskromosomer og miljøtemperaturer, der opleves under embryonal udvikling for at bestemme køn. Ved normale temperaturer dikterer deres kromosomale make-up hvilket køn de er. Men ved høje temperaturer gennemgår drager med mandlige kromosomer se .omvendelse og udvikler sig som kvinder. Så langt, drager er oddballs fordi de er de eneste krybdyr kendt for at gennemgå sex tilbageførsel ved høje temperaturer-andre krybdyr er følsomme over for lave temperaturer (bortset fra slanger, der udelukkende stole på kønskromosomer).,

Der er otte arter af skægget dragons, som alle forekommer udelukkende i Australien. En af disse arter, den australske centrale skæggede drage, Pogona vitticeps, er et særligt populært kæledyr og Zoologisk Have, fordi det er hårdfør og let at pleje., Derudover er denne art en stærk modelorganisme, der giver forskere en klarere forståelse af de molekylære begivenheder forbundet med temperaturafhængig se .bestemmelse.

den skæggede drage er afhængig af et sex//.. se .kromosomsystem for at vejlede seksuel differentiering. I drager er mænd det forfædres homogametiske køn, der besidder to Chromos-kromosomer, og kvinder er heterogametiske med sex. – se .kromosomer. Dette er modsat pattedyrets mammalian. / .y kønskromosomsystem, hvor det at være kvindelig er det forfædres “standard” køn.,skæggede drager er et unikt modelsystem, fordi høje temperaturer tilsidesætter deres kromosomale kønsbestemmelsessystem. Når æggene er ruget under 32° Celsius (89.6° Fahrenheit), deres køn kromosomer diktere deres køn, men for temperaturer over 32° Celsius, at et stigende antal af æg udvikle sig til kvinder, uanset deres kromosomale make-up (ref). Når temperaturerne når 36 Cel Celsius (96, 8 fa Fahrenheit), Udvikler 100% af genetiske mænd sig til Se .omvendte (females .f) kvinder.

Når en normal (male .m) mandlig drage parres med en se .omvendt dragon .f-drage, giver denne parring nødvendigvis kun offspring. – afkom. Men afkomets køn som følge af denne særlige parring bestemmes udelukkende af inkubationstemperatur, hvilket antyder, at der er sket en slags permanent genetisk ændring. Ifølge tidligere forskning er denne arvelige genetiske ændring faktisk det fuldstændige tab af Chromos-kromosomet (ref).,

Høje temperaturer udløser over-udtryk for stress, gener og frigivelse af stresshormoner

for bedre At forstå de molekylære mekanismer, der styrer udviklingen af sex i skægget dragons, et hold Australske forskere ved Garvan Institute of Medical Research i Sydney, University of Canberra og Commonwealth Scientific og Industrial Research Organisation (CSIRO), undersøgt og sammenlignet Rna, der er produceret i en række forskellige væv, som de er indsamlet fra voksne drager.,

da forskerne sammenlignede se.-reverserede female .f-kvindelige drager med normale (. .f) kvinder, fandt de unikke RNA-ekspressionsprofiler for 17 gener i deres hjernevæv. Mest udtalt var den dramatiske temperatur-udløst overekspression (327 gange) af miljøbelastningsgenet, Pro-opiomelanocortin (POMC, udtalt “pom-C”). POMC er 241 aminosyrerester lange. Det syntetiseres i hypofysen og er en forløber for peptidhormonet adrenocorticotropin (ACTH), som udløser frigivelse af stresshormoner hos hvirveldyr., Så drager udsat for varme temperaturer under embryonisk udvikling blev stresset.ud over dette dramatiske overudtryk af POMC fandt forskerne også, at se .omvendte dragons .f-drager har kvindelignende udtryk for mandlige partiske gener, selvom disse dyr viser nogle mandlige adfærd og morfologier.

det mest interessante fund er, at to overudtrykte gener, JARID2 og JMJD3, er medlemmer af jumonji-genfamilien., Jumonji proteiner er bedst kendt for deres rolle både i udvikling og i kræft: de kontrollere identiteten af stamceller, og de er afgørende for normal orgel udvikling og sex differentiering i dyr. På dette tidspunkt, ved vi stadig ikke ved meget om den præcise handlinger enkelte Jumonji gener, men vi ved, at de pattedyr version af JARID2 interagerer med SRY, et gen på pattedyr Y-kromosom, der initierer en udvikling af testiklerne (ref). Yderligere forårsager dysfunktion i dette gen mand-til-kvinde kønsomvendelse hos mus.,

Den skjulte betydning af “junk-DNA”

forskerne fandt, at i voksne drager, JARID2 og JMJD3 blev udtrykt meget mere i ZZf væv end i enten ZWf af ZZm væv. Ikke alene var disse to gener over-udtrykt, men forskerne blev overrasket over at opdage, at JARID2 og JMJD3 produceret en unik alternativ udskrift i se.-reverserede dragons .f dragons-en udskrift, der ikke ses i væv af normale dragons .f og. .m dragons. Hvert gens alternative RNA-transkription bevarede en intron., Introner er DNA-strækninger, der styrer genekspressionsmønstre i stedet for at Koder for proteiner, og disse regioner er splejset ud (eller redigeret ud) af den modne RNA-besked. Disse ikke-kodende strækninger var længe kendt som” junk DNA”, fordi vi indtil for nylig ikke forstod deres væsentlige roller i genekspression.

men hvad var resultatet af disse uredigerede introner? En omhyggelig undersøgelse af sekvensdata viste, at JARID2 og JMJD3 hver beholdt en intron, der indeholdt et stopkodon., Disse for tidlige stopkodoner stopper enten produktionen af proteinet, eller de får mindre proteiner til at blive konstrueret. Sådanne forkortede proteiner virker ikke normalt: deres funktionalitet er enten reduceret, ændret eller helt afskaffet.

Vi ved, at Jumonji-gener styrer udtrykket af en række gener, i det mindste nogle af dem er involveret i kønsbestemmelse., Så når Jumonji-gener ændres af miljøbelastning, er de nedstrøms gener, som de kontrollerer, ikke tændt eller slukket korrekt, og dermed bliver de også følsomme over for miljøbelastning-høje temperaturer i dette tilfælde. Da disse nedstrøms gener orkestrerer udviklingsprocesser involveret i kønsbestemmelse, er miljøbelastning knyttet til kønsbestemmelse gennem disse to Jumonji-gener i drager.forskerne spekulerede på, om alternative JARID2 – og JMJD3-transkripter kan være forbundet med temperaturfølsom se ?bestemmelse i andre krybdyr?, Hvor universel er denne molekylære mekanisme blandt krybdyr?

for At besvare disse spørgsmål, de sammenlignede sekvenser af deres nyligt identificerede intron-fastholdelse af JARID2 og JMJD3 afskrifter til Rna fra alligatorer og skildpadder, som begge er meget fjerne slægtninge til drager, og som begge viser temperatur-afhængige køn bestemmelse. Skildpadder, der har et system./.y-system, gennemgår lav temperatur maskulinisering, mens alligatorer, der har et system./..-system, oplever femininisering med lav temperatur.,

forskerne fundet lignende intron-fastholdelse af JARID2 og JMJD3 udskrifter i sex-vendt alligatorer og skildpadder, der gør disse gener, det mest overbevisende kandidater til at blive den molekylære “switch”, der styrer sex tilbageførsler i krybdyr.

Sex (vending) er alle om dosering

Det er vigtigt at påpege, at intron-bibeholder versioner af disse to gener, der er forbundet med temperaturen, men ikke med et bestemt køn, fordi køn bestemmelse er mere subtil end dette., Forskerne foreslår, at nogle reptillinjer, såsom alligatorer og drager, udviklede sig fra kvindelige heterogametiske kønsbestemmelsessystemer (.//..), mens andre, såsom skildpadder, udviklede sig fra mandlige heterogametiske systemer (.. / .y). Så intronholdende JARID2 / JMJD3-gener forårsager se .omvendinger ved at tilsidesætte udviklingen af det heterogametiske køn ved at reducere den samlede mængde vitale proteiner, der fremstilles under følsomme udviklingsstadier. For eksempel i skæggede drager er mænd det homogametiske køn, så de får en dobbelt dosis af alle gener placeret på Chromos-kromosomet., Tab af ekspression af nogle af disse gener på grund af miljøbelastning ville resultere i en reduktion eller tab af de proteiner, de koder for, og denne mindre dosering af nøgleproteiner kan forårsage, at en genetisk mand udvikler sig som en kvinde.da denne forskning blev udført i voksne drager, arbejder teamet i øjeblikket med embryonale drager for at identificere, hvornår disse temperaturfølsomme RNA-redigeringsforskelle først vises., De fjerner også enten JARID2-eller JMJD3-gener fra dragon-DNA for at se, hvordan embryonisk udvikling påvirkes, og om dette genetiske tab kan forhindre kønsomvendelse ved høje temperaturer.

du Ser, at “intron fastholdelse” i disse to Jumonji gener, der blev dokumenteret i dragons, alligatorer og skildpadder, som er evolutionært fjerne reptil slægter (Figur A), forskerne antyder, at dette fænomen er en gammel, bevaret mekanisme, der kontrollerer reptil temperatur-afhængige køn bestemmelse., Yderligere, fordi miljøbelastningsgenet, POMC, dramatisk udtrykkes over i køn-omvendte individer, disse genetiske begivenheder giver endnu en overbevisende forbindelse mellem miljøbelastning og kønsbestemmelse hos krybdyr.ekstrapolering udad betyder, at global opvarmning udgør en alvorlig trussel mod den fortsatte eksistens af drager, fordi det vil ændre kønsforholdet mellem disse arters populationer., Men nu hvor vi har en ide om, hvordan vi kan vende reptilernes køn, bliver det muligt at manipulere disse dyrs kønsforhold for at hjælpe med at bevare dem for fremtidige generationer at nyde.

Kilde:

Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Grave, John S. Mattick, Paul D. Farvande, og Arthur Georges (2017). Differentiel intronretention i jumonji chromatin modifier gener er impliceret i reptil temperaturafhængig se .bestemmelse, Science Advances, 3:e1700731, offentliggjort online den 14.juni 2017 forud for udskrivning | doi:10.1126/sciadv.,1700731

Også er nævnt:

Shunsuke Kuroki, Shogo Matoba, Mika Akiyoshi, Yasuko Matsumura, Hitoshi Miyachi, Nathan Mise, Kuniya Abe, Atsuo Ogura, Dagmar Wilhelm, Peter Koopman, Masami Nozaki, Yoshiakira Kanai, Yoichi Shinkai og Makoto Tachibana (2013). Epigenetisk regulering af Musekønbestemmelse af Histondemethylase Jmjd1a, videnskab 341 (6150):1106-1109 | doi:10.1126/videnskab.1239864

Clare E. Holleley, Denis O’Meally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Grave, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang og Arthur Georges (2015)., Se reversalomvendelse udløser den hurtige overgang fra genetisk til temperaturafhængig se,, Natur, 523: 79-82 / doi: 10.1038/nature14574

hvordan opvarmning af varmen gør mandlige drager til kvinder / @GrrlScientist