ausztrál tudósok rájöttek, hogyan hüllők változtatni szex stressz alatt a szélsőséges hőmérsékletek.
egy ausztrál szakállas sárkány (Pogona faj). (Hitel: Toni Segers / CC BY-SA 4.0)
Toni Segers Creative Commons license segítségével
Hogyan fordult fel a hő fordul férfi Szakállas Sárkányok nőstények
ha hüllő állattartó vagy, kétségtelenül ismeri a hőmérsékletfüggő nemi meghatározás jelenségét., Lényegében sok hüllő nemét – sőt a különféle halak nemét is-a fejlődés érzékeny szakaszaiban tapasztalt környezeti hőmérséklet határozza meg, nem pedig a nemi kromoszómák egy adott kombinációjának jelenléte. A hőmérsékletfüggő nemi meghatározás különbözik az emlősöktől és a madaraktól, amelyek szinte kizárólag a kromoszóma-nemi meghatározásra támaszkodnak. Még, annak ellenére, hogy több évtizedes kutatás, még mindig nem tudjuk pontosan, hogyan hőmérsékletfüggő szex különbségek jönnek létre., De úgy tűnik, hogy az ausztrál tudósok egy csoportja végül kitalálta: az RNS-szerkesztésről szól.
Ausztrál Szakállas Sárkányok támaszkodnak akár kromoszóma vagy hőmérséklet-függő nemi meghatározás
szex szinte minden emlős függ nemi kromoszómák. Az emlős nem a XX/XY nemi meghatározási rendszerük eredménye, ahol a hímek a heterogametikus (XY) nem. De sok hüllőben a nemük az embrionális fejlődés során tapasztalt hőmérséklet eredménye: a hímek bizonyos hőmérsékleteknek való kitettségből származnak, míg a nőstények más hőmérsékletekből származnak.,
de a szakállas sárkányok mind a nemi kromoszómákra, mind az embrionális fejlődés során tapasztalt környezeti hőmérsékletekre támaszkodnak a szex meghatározásához. Normál hőmérsékleten a kromoszómális smink diktálja, hogy melyik szex. De magas hőmérsékleten a hím kromoszómákkal rendelkező sárkányok nemi változáson mennek keresztül, és nőstényekként fejlődnek. Eddig a sárkányok furcsaságok, mert ők az egyetlen hüllők, amelyekről ismert, hogy magas hőmérsékleten szexuális megfordításon mennek keresztül — más hüllők érzékenyek a hideg hőmérsékletre (kivéve a kígyókat, amelyek kizárólag a nemi kromoszómákra támaszkodnak).,
szakállas sárkány az ausztráliai Hunter Valley állatkertben. (Hitel: Marc Dalmulder / Creative Commons)
Marc Dalmulder a Creative Commons license
nyolc szakállas sárkányfaj létezik, amelyek mindegyike kizárólag Ausztráliában fordul elő. Az egyik ilyen faj, az ausztrál központi szakállas sárkány, a Pogona vitticeps különösen népszerű állat-és állatkerti példány, mert szívós és könnyen kezelhető., Ezenkívül ez a faj egy erőteljes modellszervezet, amely a tudósok számára egyértelműbb megértést nyújt a hőmérsékletfüggő nemi meghatározással kapcsolatos molekuláris eseményekről.
a szakállas sárkány zz/ZW nemi kromoszómarendszerre támaszkodik a szexuális differenciálódás irányításához. A sárkányokban a hímek az ősi homogametikus nem, két Z kromoszómával rendelkeznek, a nőstények heterogametikusak, ZW nemi kromoszómákkal. Ez ellentétes az emlős XX / XY nemi kromoszómarendszerrel, ahol a nőstény az ősi “alapértelmezett” nem.,
Szakállas Sárkányok egy egyedülálló modell rendszer, mert a magas hőmérséklet felülírja a kromoszóma nemi meghatározási rendszer. Ha a tojásokat inkubálni alatt 32° Celsius (89.6° C), a nemi kromoszómák diktálja a szex, de a hőmérséklete 32° C, egyre több tojás alakulhat nők, függetlenül attól, hogy a kromoszóma-make-up (ref). Amikor a hőmérséklet eléri a 36 ° C-ot (96,8 ° Fahrenheit), a genetikai hímek 100%-a nemi fordított (ZZf) nőstényekké alakul.
D., A magas hőmérséklet felülírja a szakállas sárkányok kromoszómális nemi meghatározási rendszerét. Ősi… genetikai nemi meghatározási állapot (ZZ/ZW; bal panel), magas hőmérsékleten szexuális megfordítással (jobb panel). A nem-fordított és vad típusú homogametikus egyedek párzása a hőmérsékletfüggő nemi meghatározásra (TSD) való áttérést okozza. Jobb: négy TSD-minta jelenik meg: nő-specifikus IR magas hőmérsékleten, férfi-specifikus IR alacsony hőmérsékleten, nő-specifikus IR alacsony hőmérsékleten, férfi-specifikus IR magas hőmérsékleten.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
Továbbá, ha egy normál (ZZm) hím sárkányt egy nem-fordított ZZf sárkánysal párosítanak, ez a párosítás szükségszerűen csak ZZ utódokat eredményez. De az utódok nemét ebből a párosításból kizárólag az inkubációs hőmérséklet határozza meg, ami arra utal, hogy valamilyen állandó genetikai változás történt. Valójában a korábbi kutatások szerint ez az öröklődő genetikai változás a W kromoszóma (ref) teljes elvesztése.,
Magas hőmérséklet ravaszt át-kifejezés a stressz gének, majd engedje el a stressz hormonok
ahhoz, Hogy jobban megértsük a molekuláris mechanizmusokat, amelyek kontroll fejlesztése szex a szakállas sárkányok, egy csapat Ausztrál kutatók a Garvan Intézet Orvosi Kutatás Sydney-ben, az Egyetem Canberra a Commonwealth Scientific and Industrial Research Szervezet (CSIRO), megvizsgálta, majd képest Rns, amelyek előállítása a különböző szövetek, hogy ők gyűjtött felnőtt sárkányok.,
amikor a kutatók összehasonlították a nem-fordított ZZf női sárkányokat a normál (ZWf) nőstényekkel, egyedülálló RNS-expressziós profilokat találtak 17 génre az agyszövetükben. A leghangsúlyosabb a környezeti stressz gén, a Pro-opiomelanokortin (POMC, ejtsd: “pom-c”) drámai hőmérséklet-kiváltott expressziója (327-szeres) volt. A POMC 241 aminosavmaradék hosszú. Az agyalapi mirigyben szintetizálódik, az adrenokortikotropin (ACTH) peptidhormon előfutára, amely a gerincesekben stresszhormonok felszabadulását váltja ki., Tehát az embrionális fejlődés során a meleg hőmérsékletnek kitett sárkányok stresszessé váltak.
a POMC drámai túlzott expressziója mellett a kutatók azt is megállapították, hogy a nem-fordított ZZf sárkányok a férfi-elfogult gének női-szerű expressziójával rendelkeznek, annak ellenére, hogy ezek az állatok hímszerű viselkedést és morfológiát mutatnak.
a legérdekesebb megállapítás az, hogy két Túl expresszált gén, a JARID2 és a JMJD3 a Jumonji géncsalád tagjai., A Jumonji fehérjék leginkább a fejlődésben és a rákban betöltött szerepükről ismertek: szabályozzák az őssejtek azonosságát, és elengedhetetlenek az állatok normális szervfejlődéséhez és nemi differenciálódásához. Ezen a ponton még mindig nem tudunk sokat az egyes Jumonji gének pontos működéséről, de tudjuk, hogy a JARID2 emlős változata kölcsönhatásba lép a SRY-vel, az emlős Y kromoszóma génjével, amely a herék fejlődését kezdeményezi (ref). Továbbá, ebben a génben a diszfunkció férfi-nő szexuális megfordulást okoz egerekben.,
A “junk DNA”rejtett jelentősége
a kutatók azt találták, hogy a felnőtt sárkányokban a JARID2 és a JMJD3 a ZZf szövetekben nagyobb mértékben fejeződtek ki,mint a ZZM szövetek bármelyikében. Ez a két gén nemcsak túl expresszálódott, de a kutatók meglepődve tapasztalták, hogy a JARID2 és a JMJD3 egyedülálló alternatív átiratot készített a nem-fordított ZZf sárkányokban-ez egy átirat, amely nem látható a normál ZWf és ZZm sárkányok szövetében. Minden gén alternatív RNS-átirata megtartott egy intront., Intronok vagy szakaszokon a DNS útmutató génexpresszió minták helyett kódolás fehérjék, valamint ezek a térségek vágták ki (vagy szerkesztett ki), az érett RNS üzenet. Ezeket a nem kódoló szakaszokat régóta “szemét DNS-nek” hívták, mert egészen a közelmúltig nem értettük meg a génexpresszióban betöltött alapvető szerepüket.
de mi volt az eredménye ezeknek a nem szerkesztett intronoknak? A sorozatadatok gondos vizsgálata azt mutatta, hogy a JARID2 és a JMJD3 egy-egy intront tartalmaz, amely stop kodont tartalmaz., Ezek a korai stop kodonok vagy megállítják a fehérje termelését, vagy kisebb fehérjéket hoznak létre. Az ilyen rövidített fehérjék nem működnek rendesen: funkcionalitásukat csökkentik, megváltoztatják vagy teljesen eltörlik.
tudjuk, hogy a Jumonji gének szabályozzák egy génkészlet expresszióját, amelyek közül legalább néhány részt vesz a nemi meghatározásban., Tehát amikor a jumonji géneket a környezeti stressz megváltoztatja, az általuk vezérelt downstream gének nem megfelelően vannak bekapcsolva vagy ki vannak kapcsolva, így ők is érzékenyek a környezeti stresszre-ebben az esetben a magas hőmérséklet. Mivel ezek a downstream gének hangszerel fejlődési folyamatok szex meghatározása, a környezeti stressz kapcsolódik szex meghatározása ezen a két Jumonji gének a sárkányok.
a kutatók azon tűnődtek, vajon az alternatív JARID2 és JMJD3 átiratok társíthatók-e más hüllők hőmérséklet-érzékeny nemi meghatározásával?, Mennyire univerzális ez a molekuláris mechanizmus a hüllők körében?
e kérdések megválaszolásához összehasonlították az újonnan azonosított intron-visszatartó JARID2 és JMJD3 átiratok szekvenciáit az aligátorok és teknősök rnáihoz, amelyek mindkettő nagyon távoli rokonai a sárkányoknak, és mindkettő hőmérsékletfüggő nemi meghatározást mutat. A XX/XY rendszerrel rendelkező teknősök alacsony hőmérsékletű maszkulinizáción mennek keresztül, míg a ZZ/ZW rendszerrel rendelkező aligátorok alacsony hőmérsékletű feminizációt tapasztalnak.,
teknős (felső panelek) és aligátor (alsó panelek). Balra: ősi GSD Államok (ZZ / ZW vagy XX / XY),… a szex megfordítása alacsony (kék) hőmérsékleten. A párzás a szex-fordított, illetve vad típusú homogametic egyének okoz átmenet TSD a JARID2/JMJD3 IR tartani, mint a szabályozási jel ellenőrző differenciálás. Jobb: a teknősökben és az aligátorokban megfigyelt TSD-minták: férfi-specifikus IR alacsony hőmérsékleten, nő-specifikus IR alacsony hőmérsékleten.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
A kutatók azt találták, hasonló intron-megtartva JARID2, valamint JMJD3 átiratok a szex-fordított aligátorok meg a teknősöket, amelyek miatt ezek a gének a kényszerítő jelöltek, hogy a molekuláris “kapcsoló”, amely szabályozza a szex feloldására a hüllők.
a szex (megfordítás) az adagolásról szól
fontos rámutatni, hogy e két gén intron-visszatartó változatai a hőmérséklethez kapcsolódnak, de nem egy adott nemhez, mert a szex meghatározása ennél finomabb., A kutatók azt javasolják, hogy egyes hüllőállományok, mint például az aligátorok és a sárkányok a női heterogametikus nemi meghatározási rendszerekből (ZZ/ZW) fejlődtek ki, míg mások, például a teknősök, a férfi heterogametikus rendszerekből (XX/XY) fejlődtek ki. Tehát az intron-visszatartó JARID2 / JMJD3 gének szexuális visszafordítást okoznak a heterogametikus nem fejlődésének kényszerítésével azáltal, hogy csökkentik az érzékeny fejlődési szakaszokban előállított létfontosságú fehérjék teljes mennyiségét. Például a szakállas sárkányokban a férfiak a homogametikus szex, így a Z kromoszómán található összes gén kettős dózisát kapják., Ezeknek a géneknek a környezeti stressz miatti expressziójának elvesztése az általuk kódolt fehérjék csökkenését vagy elvesztését eredményezné,és a kulcsfontosságú fehérjék ezen kisebb dózisa miatt egy genetikai férfi nővé fejlődhet.
mivel ezt a kutatást felnőtt sárkányokban végezték, a csapat jelenleg embrionális sárkányokkal dolgozik annak azonosítására, hogy mikor jelennek meg először ezek a hőmérséklet-érzékeny RNS-szerkesztési különbségek., Emellett eltávolítják a JARID2 vagy a JMJD3 géneket a sárkány DNS-ből, hogy megnézzék, hogyan befolyásolja az embrionális fejlődést, és hogy ez a genetikai veszteség megakadályozhatja-e a szex megfordítását magas hőmérsékleten.
Látva, hogy “intron-visszatartás” e két Jumonji gének volt dokumentálva sárkányok, aligátorok, valamint a teknősöket, amelyek evolúciós távoli hüllő vonalak segítségével (Ábra A), a kutatók szerint ez a jelenség egy ősi, konzervatív mechanizmus irányítja hüllő hőmérséklet-függő szex meghatározása., Továbbá, mivel a környezeti stressz gén, a POMC, drámaian túlzottan kifejeződik a nem-fordított egyénekben, ezek a genetikai események újabb kényszerítő kapcsolatot biztosítanak a környezeti stressz és a nemi meghatározás között a hüllőkben.
Ez azt jelenti, hogy a globális felmelegedés komoly veszélyt jelent a sárkányok folyamatos létezésére, mert megváltoztatja e fajok populációinak nemi arányát., De most, hogy van egy ötletünk arról, hogyan lehet megfordítani a hüllők nemét, lehetővé válik ezeknek az állatoknak a nemi arányainak manipulálása annak érdekében, hogy megóvják őket a jövő generációi számára.
Forrás:
Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Graves, John S. Mattick, Paul D. Waters, and Arthur Georges (2017). A jumonji kromatin módosító génekben a differenciál intron visszatartás szerepet játszik a hüllő hőmérsékletfüggő nemi meghatározásában, a Science Advances, 3: e1700731, amelyet 2017.június 14-én tettek közzé online a nyomtatás előtt | doi:10.1126/sciadv.,1700731
szintén említésre került:
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 és Makoto Tachibana (2013). Epigenetikai szabályozása egér szex meghatározása a hiszton Demetiláz Jmjd1a, tudomány 341(6150):1106-1109 | doi:10.1126/tudomány.1239864
Clare E. Holleley, Denis O ‘ Meally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Graves, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang and Arthur Georges (2015)., Szex megfordítása kiváltja a gyors átmenet a genetikai hőmérséklet-függő szex, Természet, 523:79-82 | doi: 10.1038 / nature14574
hogyan fordult fel a hő fordul férfi sárkányok nőstények / @GrrlScientist