Hvordan du Slår Opp Varmen Slår Mannlige Skjeggete Drager I Hunner

Australske forskere kan ha funnet ut hvordan reptiler endre sex under stress av ekstreme temperaturer.

Hvis du er en reptil keeper, du er utvilsomt kjent med fenomenet temperatur avhengige av sex besluttsomhet., I hovedsak, sex av mange reptiler — og selv sex av et utvalg av fisk-er bestemt av miljø-temperaturer opplevd i løpet av følsomme stadier av utvikling, snarere enn av tilstedeværelsen av en bestemt kombinasjon av sex-kromosomer. Temperatur avhengige av sex bestemmelse avviker fra pattedyr og fugler, som er basert nesten utelukkende på kromosom-kjønn besluttsomhet. Likevel, på tross av tiår med forskning, vi vet fortsatt ikke nøyaktig hvordan temperatur-avhengige kjønnsforskjeller komme om., Men det ser ut til at en gruppe Australske forskere har endelig funnet det ut: det handler om RNA-redigering.

Australske skjeggete drager stole enten på kromosomavvik eller temperatur avhengige av sex fastsettelse

Sex i nesten alle pattedyr er avhengig av sex-kromosomer. Hos pattedyr sex er et resultat av deres XX/XY sex fastsettelse system, der menn er heterogametic (XY) sex. Men i mange reptiler, deres kjønn er resultatet av temperaturer opplevd i løpet av embryonalutvikling: menn resultat av eksponering for noen temperaturer, mens kvinner resultat fra andre temperaturer.,

Men skjeggete drager stole på, både sex kromosomer og miljømessige temperaturer opplevd i løpet av embryonale utvikling for å fastslå kjønn. Ved normale temperaturer, deres kromosomale make-up bestemmer hvilket kjønn de er. Men ved høye temperaturer, drager med mannlige kromosomer gjennomgå sex tilbakeføring og utvikle seg som kvinner. Så langt, drager er oddballs, fordi de er de eneste reptiler kjent for å gjennomgå sex tilbakeføring ved høye temperaturer — andre reptiler er følsom for kalde temperaturer (unntatt slanger, som er basert utelukkende på sex kromosomer).,

Det finnes åtte arter av skjeggete drager, som alle forekommer utelukkende i Australia. En av disse artene, den Australske sentrale skjeggete dragon, Pogona vitticeps, er et spesielt populært kjæledyr og zoo prøven fordi den er hardfør og lett å ta vare på., I tillegg, denne arten er en kraftig modell organisme som er å gi forskere med en klarere forståelse av de molekylære hendelser forbundet med temperatur avhengige av sex besluttsomhet.

skjeggete dragon er avhengig av en ZZ/ZW sex kromosom-systemet for å styre seksuell differensiering. I dragons, menn er forfedres homogametic sex, som besitter to Z-kromosomer, og kvinner er heterogametic, med ZW sex kromosomer. Dette er motsatt av den nukleære XX/XY sex kromosom-system, hvor det å være kvinne er forfedres «standard» sex.,

Skjeggete drager er en unik modell system fordi høye temperaturer overstyre deres kromosomale sex fastsettelse system. Når eggene er inkubert under 32° Celsius (89.6° Fahrenheit), deres sex-kromosomer diktere sine sex, men for temperaturer over 32° C, økende antall egg utvikler seg til hunner, uavhengig av deres kromosomale make-up (ref). Når temperaturen komme 36° Celsius (96.8° Fahrenheit), 100% av genetisk menn til å utvikle seg til sex-reverseres (ZZf) kvinner.

Videre, når en normal (ZZm) mann dragon er parret med en sex-reverseres ZZf dragon, denne sammenkoblingen nødvendigvis gir bare ZZ avkom. Men kjønn på avkom som følge av denne spesielle sammenkobling bestemmes utelukkende av inkubasjonstemperatur, noe som tyder på at noen form for permanent genetisk endring har skjedd. Faktisk, i henhold til tidligere forskning, er denne arvelige endringen er fullstendig tap av W-kromosom (ref).,

Høye temperaturer trigger over-uttrykk for stress gener og frigjøring av stresshormoner

for Å bedre forstå de molekylære mekanismer som styrer utviklingen av sex i skjeggete drager, en gruppe Australske forskere ved Garvan Institutt for Medisinsk Forskning i Sydney, University of Canberra og the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), undersøkt og sammenlignet RNAs som er produsert i en rekke vev som de samlet inn fra voksen fisk.,

Når forskerne sammenlignet sex-reverseres ZZf kvinnelige drager til normal (ZWf) kvinner, fant de unike RNA uttrykk profiler for 17 gener i hjernen deres vev. Mest markert var den dramatiske temperatur-utløst over-uttrykk (327-fold) av de miljømessige stress genet, Pro-opiomelanocortin (POMC, uttales «pom-c»). POMC er 241 aminosyre rester lang. Det er syntetisert i hypofysen og er en forløper til peptid hormon adrenocorticotropin (ACTH), som utløser frigjøring av stresshormoner i vertebrater., Så drager utsatt for varme temperaturer under embryonale utvikling ble stresset.

I tillegg til denne dramatiske over-uttrykk av POMC, forskerne har også funnet ut at sex-reverseres ZZf drager har kvinner-som uttrykk for mannlig-partisk gener, selv om disse dyrene ikke viser noen mannlige-lignende atferd og morphologies.

Den mest interessante funn er at to over-uttrykte gener, JARID2 og JMJD3, er medlemmer av Jumonji genet familie., Jumonji proteiner er best kjent for sin rolle både i utviklingen og i kreft: de kontrollerer identiteten til stamceller, og de er viktige for normal organ utvikling og sex differensiering i dyr. På dette punktet, vi vet fortsatt ikke mye om den nøyaktige handlinger av individuelle Jumonji gener, men vi vet at den nukleære versjon av JARID2 samhandler med SRY, et gen på pattedyr Y-kromosom som initierer utvikling av testiklene (ref). Videre, dysfunksjon i dette genet fører til mann-til-kvinnelige sex tilbakeføring i mus.,

Den skjulte betydningen av «junk DNA»

forskerne fant at i voksen drager, JARID2 og JMJD3 ble uttrykt mer høyt i ZZf vev enn i enten ZWf av ZZm vev. Ikke bare var disse to genene over-uttrykt, men forskerne var overrasket over å oppdage at JARID2 og JMJD3 produsert et unikt alternativ transkripsjonen i sex-reverseres ZZf dragons-en karakterutskrift som ikke er sett i vev av normal ZWf og ZZm drager. Hvert gen er alternativ RNA-transkript beholdt en intron., Introns er strekninger av DNA som styrer genuttrykk mønstre i stedet for koding av proteiner, og disse områdene er splittet ut (eller redigert ut), av de modne RNA-melding. Disse ikke-kodende strekker var lenge kjent som «junk DNA» fordi, inntil nylig, hadde vi ikke forstår sin viktige roller i genuttrykk.

Men hva ble resultatet av disse uredigerte introns? En grundig undersøkelse av sekvensen data viste at JARID2 og JMJD3 hver beholdt en intron som inneholdt en stopp codon., Disse prematur stopp codons enten stoppe produksjonen av protein eller de forårsake mindre proteiner skal bygges. Slike forkortede proteinene ikke fungerer som normalt: deres funksjonalitet er enten redusert, endret, eller helt avskaffet.

Vi vet at Jumonji gener som kontrollerer uttrykket av en rekke gener, i hvert fall noen som er involvert i sex besluttsomhet., Så når Jumonji gener blir forandret av miljømessige stress, nedstrøms gener som kontrollerer de er ikke slått på eller av på riktig måte, og dermed kan de også er gjengitt følsom for miljø-stress-høye temperaturer som for eksempel i dette tilfellet. Siden disse nedstrøms gener arrangerer utviklingsmessige prosessene som er involvert i sex besluttsomhet, miljømessige stress er knyttet til sex vilje gjennom disse to Jumonji gener i dragons.

forskerne lurte på om alternative JARID2 og JMJD3 transkripsjoner kan være forbundet med temperatur-sensitive sex bestemmelse i andre reptiler?, Hvordan universal er dette molekylær mekanisme blant reptiler?

for Å svare på disse spørsmålene, de sammenlignet sekvenser av deres nylig identifiserte intron-beholder JARID2 og JMJD3 transkripsjoner til RNAs fra alligatorer og skilpadder, som begge er meget fjerne slektninger til drager, og begge viser temperatur avhengige av sex besluttsomhet. Skilpadder, som har en XX/XY-systemet, gjennomgå lav temperatur masculinization, mens alligatorer, som har en ZZ/ZW system, erfaring lav temperatur femininization.,

forskerne fant lignende intron-beholder JARID2 og JMJD3 transkripsjoner i sex-reverseres alligatorer og skilpadder, noe som gjør disse genene mest spennende kandidater for å være den molekylære «bryter» som styrer sex reversering av reptiler.

Sex (tilbakeføring) er alle om dosering

Det er viktig å påpeke at intron-beholder versjoner av disse to gener som er assosiert med temperatur, men ikke med en bestemt sex fordi sex bestemmelse er mer subtil enn dette., Forskerne foreslår at noen krypdyr linjene, slik som alligatorer og drager, utviklet seg fra kvinnelige heterogametic sex fastsettelse systemer (ZZ/ZW), mens andre, slik som skilpadder, utviklet seg fra mannlige heterogametic systemer (XX/XY). Så intron-beholder JARID2/JMJD3 gener føre til sex reversering av tvingende utvikling av heterogametic sex ved å redusere den totale mengden av viktige proteiner som er produsert i løpet av følsomme stadier av utviklingen. For eksempel, i skjeggete drager, menn er homogametic sex, slik at de får en dobbel dose av alle gener som ligger på Z-kromosom., Tap av uttrykk av noen av disse genene av miljømessige stress vil føre til en reduksjon eller tap av proteiner de kodes, og dette mindre dosering av viktige proteiner kan føre til en genetisk mann å utvikle seg som en kvinne.

Siden denne forskningen ble gjort i voksen drager, teamet jobber for tiden med embryonale drager til å identifisere når disse temperatur-sensitive RNA-redigering forskjeller første vises., De er også fjerne enten JARID2 eller JMJD3 gener fra dragon DNA for å se hvordan embryoutvikling er påvirket, og om denne genetiske tap kan hindre sex tilbakeføring ved høye temperaturer.

å Se at «intron bevaring» i disse to Jumonji gener ble dokumentert i dragons, alligatorer og skilpadder, som er evolusjonært fjernt reptilian linjene (Figur A), forskerne foreslår at dette fenomenet er et gammelt, fredet mekanisme for å kontrollere reptilian temperatur avhengige av sex besluttsomhet., Videre, fordi de miljømessige stress genet, POMC, er dramatisk over-uttrykt i sex-reverseres individer, disse genetiske hendelser gir enda en overbevisende sammenheng mellom miljøbelastning og sex bestemmelse i reptiler.

Ekstrapolere utover dette betyr at global oppvarming utgjør en alvorlig trussel mot den fortsatte eksistens av drager fordi det vil endre sex-prosenter av disse artens populasjoner., Men nå som vi har fått en idé om hvordan å reversere sex av reptiler, vil det bli mulig å manipulere sex prosenter av disse dyrene for å spare dem for fremtidige generasjoner til å nyte.

Kilde:

Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Graver, John S. Mattick, Paul D. Farvann, og Arthur Georges (2017). Differensial intron oppbevaring i Jumonji chromatin endrede gener som er involvert i reptil temperatur avhengige av sex besluttsomhet, Vitenskap, Fremskritt, 3:e1700731, publisert online på 14 juni 2017 ahead of print | doi:10.1126/sciadv.,1700731

Også nevnt:

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 av Musen Sex Fastsettelse av Histone Demethylase Jmjd1a, Vitenskap 341(6150):1106-1109 | doi:10.1126/vitenskap.1239864

Clare E. Holleley, Denis O’Meally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Graver, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang og Arthur Georges (2015)., Sex tilbakeføring utløser en rask overgang fra genetiske til temperatur avhengige av sex, Natur, 523:79-82 | doi:10.1038/nature14574

Hvordan du Skrur Opp Varmen Slår Mannlige Drager I Kvinner | @GrrlScientist