Australian tiedemiehet voi on tajunnut, miten matelijat vaihtaa sukupuolta alle stressi äärimmäisissä lämpötiloissa.
Australian parrakas lohikäärme (Pogona lajia). (Luotto: Toni Segers / CC BY-SA 4.0)
Toni Segers kautta Creative Commons-lisenssillä
Jos olet matelija maalivahti, olet epäilemättä tuttu ilmiö, lämpötila-riippuvainen sukupuolen määrittäminen., Pohjimmiltaan, sukupuoli monet matelijat-ja jopa seksiä erilaisia kaloja — määräytyy ympäristön lämpötiloissa kokenut aikana herkkiä kehitysvaiheita sijaan läsnäolo tietyn yhdistelmä seksi kromosomit. Lämpötilariippuvainen sukupuolenmääritys eroaa nisäkkäistä ja linnuista, jotka luottavat lähes yksinomaan kromosomiseksinmääritykseen. Vuosikymmeniä kestäneistä tutkimuksista huolimatta emme silti tiedä tarkkaan, miten lämpötilasta riippuvaiset sukupuolierot syntyvät., Mutta näyttää siltä, että joukko australialaisia tiedemiehiä on vihdoin selvittänyt asian: kyse on RNA-editoinnista.
Australian parrakas lohikäärmeitä luottaa kromosomi-tai lämpötila-riippuvainen sukupuolen määrittäminen
Seksiä lähes kaikki nisäkkäät on riippuvainen seksi kromosomit. Nisäkkäiden sukupuoli on seurausta niiden XX / XY sukupuolen määritysjärjestelmästä, jossa urokset ovat heterogameettista (XY) sukupuolta. Mutta monet matelijat, niiden sukupuoli on seurausta lämpötilat kokenut alkionkehityksen aikana: miehillä johtua altistumisesta joillekin lämpötiloissa, kun taas naisilla johtuvat muut lämpötilat.,
Mutta parrakas lohikäärmeitä luottaa sekä sukupuoli kromosomit ja ympäristön lämpötilat kokenut alkionkehityksen aikana sukupuolen määrittämiseksi. Normaaleissa lämpötiloissa niiden kromosomimeikki sanelee, mitä sukupuolta ne ovat. Mutta korkeissa lämpötiloissa lohikäärmeet, joilla on miespuoliset kromosomit, läpikäyvät sukupuolenvaihdoksen ja kehittyvät naaraina. Toistaiseksi lohikäärmeet ovat omituisia, koska ne ovat vain matelijat tunnettu tehdään sukupuoli kääntyminen korkeissa lämpötiloissa — muut matelijat ovat herkkiä kylmässä (paitsi käärmeitä, joka luottaa ainoastaan sukupuoli kromosomit).,
parrakas dragon Hunter Valley Zoo, Australia. (Luotto: Marc Dalmulder / Creative Commons)
Marc Dalmulder kautta Creative Commons-lisenssillä
On kahdeksan lajia parrakas lohikäärmeitä, jotka kaikki tapahtuu yksinomaan Australiassa. Yksi näistä lajeista, Australian keski-parrakas lohikäärme, Pogona vitticeps, on erityisen suosittu lemmikki ja eläintarha näyte, koska se on kestävä ja helppohoitoinen., Lisäksi tämä laji on tehokas malli organismi, joka tarjoaa tutkijoille selkeämpi käsitys molekyylitason tapahtumia, jotka liittyvät lämpötila-riippuvainen sukupuolen määrittäminen.
parrakas lohikäärme tukeutuu ZZ / ZW-sukupuolikromosomijärjestelmään ohjaamaan seksuaalista erilaistumista. Vuonna dragons, urokset ovat esi homogametic sukupuoli, jolla on kaksi Z-kromosomia, ja naaraat ovat heterogametic, jossa ZW-sukupuolikromosomit. Tämä on päinvastainen kuin nisäkkäiden XX / XY sukupuolikromosomi järjestelmä, jossa naaraana oleminen on esi-isien ”oletus” sukupuoli.,
parrakkaat lohikäärmeet ovat ainutlaatuinen mallijärjestelmä, koska korkeat lämpötilat syrjäyttävät niiden kromosomiseksinmääritysjärjestelmän. Kun munia inkuboidaan alle 32° C (89.6 Fahrenheitin° Fahrenheit), ja niiden sukupuoli kromosomit määräävät sukupuolen, mutta lämpötila on yli 32° Celsius, yhä useammat munat kehittyä naisilla, riippumatta niiden kromosomien make-up (ref). Kun lämpötila saavuttaa 36° Celsius (96.8° Fahrenheit), 100% geneettinen miehillä kehittyä sukupuoli-päinvastaiseksi (ZZf) naisilla.
D., Korkeat lämpötilat ohittavat parrakkaiden lohikäärmeiden kromosomiseksinmääritysjärjestelmän. Esi-isiä… genetic sex determination state (ZZ / ZW; vasen paneeli), jossa sukupuolen kääntyminen korkeissa lämpötiloissa (oikea paneeli). Sukupuolittuneiden ja villityyppisten homogameettisten yksilöiden pariutuminen aiheuttaa siirtymisen lämpötilasta riippuvaiseen sukupuolenmääritykseen (TSD). Oikea: Neljä TSD kuvioita syntyy: naaras-erityinen IR korkeissa lämpötiloissa, uros-erityisiä IR alhaisissa lämpötiloissa, naaras-erityinen IR alhaisissa lämpötiloissa, ja mies-erityisiä IR korkeissa lämpötiloissa.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
Edelleen, kun normaali (ZZm) uros lohikäärme on astutettu sukupuoli-päinvastainen ZZf lohikäärme, tämän laiteparin välttämättä tuottaa vain ZZ jälkeläisiä. Mutta sukupuoli jälkeläisiä, jotka johtuvat tämän erityisesti pariksi määräytyy yksinomaan inkubaatiolämpötila, mikä viittaa siihen, että jonkinlainen pysyvä geneettinen muutos on tapahtunut. Itse asiassa aiempien tutkimusten mukaan tämä periytyvä geneettinen muutos on W-kromosomin täydellinen menetys (ref).,
Korkeat lämpötilat laukaista yli-ilmaus korostaa geenien ja vapauttamaan stressiä hormoneja
paremmin ymmärtää molekyylitason mekanismeja, jotka ohjaavat kehitystä seksiä parrakas lohikäärmeitä, joukkue Australian tutkijat Garvan Institute of Medical Research in Sydney, University of Canberra ja Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), tutki ja vertasi RNAs, jotka on valmistettu eri kudoksissa, että ne kerätään aikuisten lohikäärmeitä.,
Kun tutkijat vertasivat sukupuoli-päinvastainen ZZf naisten lohikäärmeitä normaali (ZWf) naisilla, he huomasivat, ainutlaatuinen RNA ilmaisu profiilit 17 geenejä niiden aivojen kudosten. Voimakkainta oli dramaattinen lämpötila-laukaisi yli-ilmentyminen (327-kertainen) ympäristön stressiä geeni, Pro-opiomelanokortiini (PRESTÄ, lausutaan ”pom-c”). POMC on 241 aminohappojäämää pitkä. Se syntetisoidaan aivolisäkkeessä ja on peptidihormoni adrenokortikotropiinin (ACTH) esiaste, joka laukaisee stressihormonien vapautumisen selkärankaisissa., Niinpä alkionkehityksen aikana lämpimille lämpötiloille altistuneet lohikäärmeet stressaantuivat.
lisäksi tämä dramaattinen yli-ilmentyminen ja PRESTÄ, tutkijat totesi myös, että sukupuoli-päinvastainen ZZf dragons on nainen-ilme uros-puolueellinen geenit, vaikka nämä eläimet eivät näytä joitakin mies-kuin käyttäytymistä ja morfologioita.
kiinnostavin havainto on se, että kaksi ylijäänyttä geeniä, JARID2 ja JMJD3, kuuluvat Jumonji-geeniperheeseen., Jumonji proteiineja tunnetaan parhaiten niiden rooli sekä kehityksen ja syöpä: he hallitsevat identiteetin kantasoluja, ja ne ovat välttämättömiä normaalia urut kehitystä ja sukupuoli eriyttäminen eläimiä. Tässä vaiheessa emme vielä tiedä paljon noin täsmällisiä toimia yksittäisten Jumonji geenit, mutta me tiedämme, että nisäkkäiden versio JARID2 vuorovaikutuksessa SRY, geeniin nisäkkäiden Y-kromosomi, joka käynnistää kehitystä kivekset (ref). Lisäksi tämän geenin toimintahäiriö aiheuttaa uros-naaras-sukupuolen kääntymisen hiirillä.,
piilotettu merkitys ”junk DNA”
tutkijat havaitsivat, että aikuisen lohikäärmeitä, JARID2 ja JMJD3 ilmaistiin enemmän erittäin ZZf kudoksiin kuin joko ZWf ZZm kudoksiin. Ei vain nämä kaksi geeniä yli-ilmaistu, mutta tutkijat olivat yllättyneitä huomata, että JARID2 ja JMJD3 tuotettu ainutlaatuinen vaihtoehto transkriptio sukupuoli-päinvastainen ZZf lohikäärmeitä — transkriptio, joka ei ole nähnyt kudoksissa normaalin ZWf ja ZZm-lohikäärmeitä. Jokaisen geenin vaihtoehtoinen RNA-transkriptio säilytti yhden intronin., Intronit ovat DNA: n pätkiä, jotka ohjaavat geenien ilmentyminen malleja sen sijaan, että koodaus proteiineja, ja nämä alueet ovat saumattu ulos (tai muokattu pois), kypsä RNA-viesti. Nämä koodaamattomat venytykset tunnettiin pitkään nimellä ”roska-DNA”, koska viime aikoihin asti emme ymmärtäneet niiden olennaista roolia geenien ilmentymisessä.
mutta mikä oli näiden muokkaamattomien intronien tulos? Sekvenssitietojen huolellinen tarkastelu osoitti, että JARID2 ja JMJD3 säilyttivät kukin intronin, joka sisälsi stop-koodonin., Nämä ennenaikaiset stop-kodonit joko pysäyttävät proteiinin tuotannon tai ne aiheuttavat pienempien proteiinien konstruoinnin. Tällainen lyhennetty proteiinit eivät toimi normaalisti: niiden toimivuus on joko vähentää, muuttaa, tai poistaa kokonaan.
Me tiedämme, että Jumonji geenit kontrolloivat sarja geenit, ainakin joitakin, jotka ovat mukana sukupuoleen päättäväisyyttä., Joten kun Jumonji geenit ovat muuttuneet ympäristön stressi, loppupään geenejä, jotka he hallitsevat eivät ole käytössä tai pois käytöstä asianmukaisesti, ja näin ollen ne ovat myös sulatettu herkkiä ympäristön stressi, korkea lämpötila tässä tapauksessa. Koska nämä loppupään geenit järjestää kehitykselliset prosessit sukupuolen määrittäminen, ympäristön stressi on yhteydessä sukupuolen määrittäminen läpi nämä kaksi Jumonji geenien lohikäärmeitä.
tutkijat pohtivat vaihtoehtoisia JARID2 ja JMJD3 selostukset voi liittyä lämpötila-herkkä sukupuolen määritys muut matelijat?, Kuinka universaali tämä molekyylimekanismi on matelijoiden keskuudessa?
vastata näihin kysymyksiin, he vertasivat sekvenssit heidän vastikään havaittuja introni-säilyttää JARID2 ja JMJD3 selostukset RNAs alkaen alligaattoreita ja kilpikonnia, jotka molemmat ovat hyvin kaukaisia sukulaisia lohikäärmeitä, ja jotka molemmat osoittavat, lämpötila-riippuvainen sukupuolen määrittäminen. Kilpikonnia, joilla on XX/XY-järjestelmä, tehdään matalan lämpötilan maskulinisaatiota, kun taas alligaattorit, joka on ZZ/ZW järjestelmä, kokemus matalan lämpötilan femininization.,
Turtle (yläpaneelit) ja alligaattori (alapaneelit). Vasemmalla: esi-isien GSD-valtiot (ZZ / ZW tai XX / XY),… sukupuolenvaihdos alhaisissa (sinisissä) lämpötiloissa. Pariutumisen sukupuoli-päinvastaiseksi ja villi-tyyppi homogametic henkilöille aiheuttaa siirtyminen TSD kanssa JARID2/JMJD3 IR edelleen sääntely-signaalin määräysvaltaa eriyttäminen. Oikealla: kilpikonnilla ja alligaattoreilla havaitut TSD-kuviot: koiraskohtainen IR alhaisissa lämpötiloissa, naaraskohtainen IR alhaisissa lämpötiloissa.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
tutkijat havaitsivat samankaltaisia introni-säilyttää JARID2 ja JMJD3 selostukset sukupuoli-päinvastainen alligaattoreita ja kilpikonnia, joka tekee nämä geenit kaikkein pakottavia ehdokkaat ovat molekyylien ”kytkin”, joka ohjaa sukupuolen peruutukset matelijat.
Sukupuoli (kääntyminen) on kyse annostus
on tärkeää huomauttaa, että introni-säilyttää versiot nämä kaksi geeniä liittyy lämpötilan, mutta ei tiettyä sukupuolta, koska sukupuolen määrittäminen on enemmän hienovarainen kuin tämä., Tutkijat ehdottavat, että jotkut matelija suvusta, kuten alligaattorit ja dragons, kehittynyt nainen heterogametic sukupuolen määrittäminen järjestelmien (ZZ/ZW), kun taas toiset, kuten kilpikonnia, kehittynyt uros heterogametic järjestelmät (XX/XY). Niin introni-säilyttää JARID2/JMJD3 geenien syy sukupuoli peruutukset pakottavista kehitystä heterogametic sukupuoli vähentämällä yleistä määrää elintärkeitä proteiineja valmistetaan aikana herkkiä kehitysvaiheita. Esimerkiksi parrakas lohikäärmeitä, urokset ovat homogametic seksiä, niin he saavat kaksinkertaisen annoksen kaikki geenit sijaitsevat Z-kromosomi., Menetys ilmaus jotkut näistä geeneistä, koska ympäristön stressi, olisi seurauksena vähentäminen tai menetys proteiineja ne koodata, ja tämä pienempi annos keskeisiä proteiineja voi aiheuttaa geneettinen mies kehittää kuin nainen.
Koska tämä tutkimus tehtiin aikuisilla lohikäärmeitä, joukkue on tällä hetkellä työskentelee alkion lohikäärmeitä tunnistaa kun nämä lämpötila-herkkä RNA editointi eroja aluksi näyttävät., He myös poistavat joko JARID2-tai JMJD3-geenejä dragon DNA: sta nähdäkseen, miten alkion kehitys vaikuttaa ja voiko tämä geneettinen menetys estää sukupuolen kääntymisen korkeissa lämpötiloissa.
Nähdessään, että ”introni säilyttäminen” nämä kaksi Jumonji geenit oli dokumentoitu lohikäärmeitä, alligaattoreita ja kilpikonnia, jotka ovat evolutiivisesti kaukainen matelijan suvusta (Kuva A), tutkijat ehdottavat, että tämä ilmiö on vanha, säilytetty mekanismi valvoa matelijan lämpötila-riippuvainen sukupuolen määrittäminen., Edelleen, koska ympäristön stressiä geeni, PRESTÄ, on dramaattisesti yli-ilmaistu sukupuoli-päinvastainen yksilöitä, nämä geneettiset tapahtumat tarjoavat vielä toinen vakuuttava yhteys ympäristön stressiä ja sukupuolen määritys matelijat.
ulospäin suuntautuva ekstrapolointi tarkoittaa sitä, että ilmaston lämpeneminen muodostaa vakavan uhan lohikäärmeiden olemassaolon jatkumiselle, koska se muuttaa näiden lajien populaatioiden sukupuolisuhteita., Mutta nyt kun meillä on käsitys siitä, miten kääntää sukupuoli matelijoiden, se tulee mahdolliseksi manipuloida sukupuolisuhteet näiden eläinten auttaa säilyttämään ne tuleville sukupolville nauttia.
Lähde:
Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Hautoja, John S. Mattick, Paul D. Vesillä, ja Arthur Georges (2017). Differentiaali-introni kertyminen Jumonji chromatin modifier geenit on osallisena matelija lämpötila-riippuvainen sukupuolen määrittäminen, Tieteen Kehitys, 3:e1700731, julkaistu online 14. kesäkuuta 2017 edellä tulosta | doi:10.1126/sciadv.,1700731
mainitsi Myös:
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 ja Makoto Tachibana (2013). Epigeneettiset Asetuksen Hiiren Sukupuolen Määrittäminen Histoni Demethylase Jmjd1a -, Tiede-341(6150):1106-1109 | doi:10.1126/science.1239864
Clare E. Holleley, Denis O’Meally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Hautoja, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang ja Arthur Georges (2015)., Sukupuoli kääntyminen laukaisee nopea siirtyminen geneettinen lämpötila-riippuvainen seksistä, Luonto, 523:79-82 | doi:10.1038/nature14574
Miten Kääntää Ylös Lämpöä Kääntyy Mies Dragons Osaksi Naiset | @GrrlScientist