Australian scientists may have figured out how reptiles change sex under the stress of extreme temperatures.um dragão barbudo Australiano (espécie Pogona). (Credit: Toni Segers / CC BY-SA 4.0)
Toni Segers via a Creative Commons license
If you’re a reptile keeper, you’re no doubt familiar with the phenomenon of temperature-dependent sex determination., Essencialmente, o sexo de muitos répteis-e até mesmo o sexo de uma variedade de peixes-é determinado pelas temperaturas ambientais experimentadas durante fases sensíveis de desenvolvimento, e não pela presença de uma combinação particular de cromossomas sexuais. A determinação do sexo dependente da temperatura difere dos mamíferos e das aves, que dependem quase exclusivamente da determinação do sexo cromossómico. No entanto, apesar de décadas de pesquisa, ainda não sabemos exatamente como as diferenças sexuais dependentes da temperatura ocorrem., Mas parece que um grupo de cientistas australianos finalmente descobriu: é tudo sobre edição de RNA.os dragões-barbudos australianos dependem tanto da determinação do sexo cromossómico ou dependente da temperatura em quase todos os mamíferos depende dos cromossomas sexuais. Mammalian sex is the result of their XX / XY sex determination system, where machos are the heterogametic (XY) sex. Mas em muitos répteis, o seu sexo é o resultado de temperaturas experimentadas durante o desenvolvimento embrionário: os machos resultam da exposição a algumas temperaturas, enquanto as fêmeas resultam de outras temperaturas.,mas dragões barbudos dependem tanto de cromossomas sexuais como de temperaturas ambientais vividas durante o desenvolvimento embrionário para determinar o sexo. A temperaturas normais, a sua composição cromossómica determina que Sexo são. Mas a altas temperaturas, dragões com cromossomas masculinos sofrem reversão sexual e desenvolvem-se como fêmeas. Até agora, os dragões são oddballs porque são os únicos répteis conhecidos a sofrer reversão sexual a altas temperaturas — outros répteis são sensíveis a temperaturas frias (exceto cobras, que dependem apenas de cromossomas sexuais).,
um dragão barbudo no Zoo de Hunter Valley, Austrália. (Crédito: Marc Dalmulder / Creative Commons)
Marc Dalmulder através de uma licença Creative Commons
Existem oito espécies de dragões barbudos, todos os quais ocorrem exclusivamente na Austrália. Uma destas espécies, o dragão-barbudo-Central Australiano, Pogona vitticeps, é um animal de estimação e Zoológico especialmente popular porque é resistente e fácil de cuidar., Além disso, esta espécie é um poderoso organismo modelo que está fornecendo aos cientistas uma compreensão mais clara dos eventos moleculares associados com a determinação do sexo dependente da temperatura.
O dragão barbudo depende de um sistema cromossómico sexual ZZ/ZW para orientar a diferenciação sexual. Em dragões, os machos são o sexo homogamético ancestral, possuindo dois cromossomos Z, e as fêmeas são heterogaméticas, com cromossomos sexuais ZW. Isto é oposto ao sistema de cromossomos sexuais XX/XY dos mamíferos, onde ser mulher é o sexo ancestral “padrão”.,os dragões barbudos são um modelo único porque as altas temperaturas sobrepõem o seu sistema de determinação do sexo cromossómico. Quando os ovos são incubados abaixo de 32° Celsius (89.6° Fahrenheit), seus cromossomas sexuais ditar o seu sexo, mas para temperaturas acima de 32° Celsius, aumento do número de ovos a desenvolver em mulheres, independentemente da sua cromossomas (ref). Quando as temperaturas atingem 36° Celsius (96,8° Fahrenheit), 100% dos machos genéticos desenvolvem-se em fêmeas invertidas por sexo (ZZf).
D., Altas temperaturas sobrepõem-se ao sistema de determinação do sexo cromossómico em dragões barbudos. Ancestral… estado de determinação do sexo genético (ZZ/ZW; painel esquerdo), com inversão do Sexo a altas temperaturas (painel direito). O acasalamento de indivíduos homogaméticos invertidos por sexo e de tipo selvagem provoca a transição para a determinação do sexo dependente da temperatura (TSD). Direita: quatro padrões de TSD emergem: IR feminino-específico a altas temperaturas, IR masculino-específico a baixas temperaturas, IR feminino-específico a baixas temperaturas, e IR masculino-específico a altas temperaturas.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
Mais adiante, quando um dragão macho normal (ZZm) é acasalado com um dragão ZZF invertido pelo sexo, este emparelhamento necessariamente produz apenas ZZ offspring. Mas o sexo da descendência resultante deste emparelhamento em particular é determinado apenas pela temperatura de incubação, sugerindo que algum tipo de mudança genética permanente ocorreu. De fato, de acordo com pesquisas anteriores, esta mudança genética hereditária é a perda completa do cromossomo W (ref).,
a Altas temperaturas disparar sobre-expressão de genes de estresse e liberação de hormônios do estresse
Para melhor entender os mecanismos moleculares que controlam o desenvolvimento de sexo em dragões barbudos, uma equipe de pesquisadores Australianos do Garvan Institute of Medical Research, em Sydney, a Universidade de Canberra, e a Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), examinados e comparados de Proteínas que são produzidas em uma variedade de tecidos que foram coletados a partir de adulto dragões.,quando os investigadores compararam dragões fêmeas ZZF invertidos por sexo com fêmeas normais (ZWf), encontraram perfis de expressão RNA únicos para 17 genes nos seus tecidos cerebrais. A mais pronunciada foi a dramática sobre-expressão desencadeada pela temperatura (327 vezes) do gene de estresse ambiental, Pro-opiomelanocortina (POMC, pronunciado “pom-c”). A POMC tem 241 resíduos de aminoácidos de comprimento. É sintetizado na hipófise e é um precursor da hormona peptídica adrenocorticotropina (ACTH), que desencadeia a libertação de hormônios de estresse em vertebrados., Então os dragões expostos a temperaturas quentes durante o desenvolvimento embrionário tornaram-se stressados.
além disso dramática sobre-expressão da POMC, os pesquisadores também descobriram que o sexo invertido ZZf dragões têm feminina-como expressão do masculino polarizados genes, mesmo que estes animais não mostram alguns masculino como comportamentos e morfologias.
A descoberta mais interessante é que dois genes sobre-expressos, JARID2 e JMJD3, são membros da família de genes Jumonji., As proteínas Jumonji são mais conhecidas por seu papel tanto no desenvolvimento como no câncer: elas controlam a identidade das células-tronco, e elas são essenciais para o desenvolvimento normal de órgãos e diferenciação sexual nos animais. Neste ponto, ainda não sabemos muito sobre as ações precisas dos genes jumonji individuais, mas sabemos que a versão mamífera de JARID2 interage com SRY, um gene no cromossomo Y mamífero que inicia o desenvolvimento de testículos (ref). Além disso, a disfunção neste gene causa reversão sexual entre machos e fêmeas em ratos.,
The hidden importance of “junk DNA”
the researchers found that in adult dragons, JARID2 and JMJD3 were expressed more highly in ZZf tissues than in either ZWf of ZZm tissues. Não só estes dois genes foram sobre-expressos, mas os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir que JARID2 e JMJD3 produziram uma transcrição alternativa única em dragões ZZF invertidos por sexo — uma transcrição que não é vista nos tecidos dos Dragões ZWf e ZZm normais. A transcrição alternativa de RNA de cada gene reteve uma introdução., Introns são trechos de DNA que guiam os padrões de expressão do gene em vez de codificar proteínas, e estas regiões são articuladas (ou editadas), da mensagem de RNA Maduro. Esses trechos não codificados eram conhecidos como “junk DNA” porque, até recentemente, não entendíamos seus papéis essenciais na expressão genética.mas qual foi o resultado destes intrões não editados? Um exame cuidadoso dos dados de sequência mostrou que JARID2 e JMJD3 cada um retinham um intrão que continha um codon de paragem., Estes codões de paragem prematura ou interrompem a produção da proteína ou causam a construção de proteínas mais pequenas. Essas proteínas abreviadas não funcionam normalmente: sua funcionalidade é reduzida, alterada ou completamente abolida.sabemos que os genes Jumonji controlam a expressão de um conjunto de genes, pelo menos alguns dos quais estão envolvidos na determinação sexual., Assim, quando os genes Jumonji são alterados pelo estresse ambiental, os genes downstream que eles controlam não são ativados ou desligados apropriadamente, e assim, eles também são tornados sensíveis ao estresse ambiental — altas temperaturas neste caso. Uma vez que estes genes a jusante orquestram processos de desenvolvimento envolvidos na determinação do sexo, o stress ambiental Está ligado à determinação do sexo através destes dois genes Jumonji em dragões.
os investigadores questionaram-se se as transcrições alternativas JARID2 e JMJD3 podem estar associadas à determinação do sexo sensível à temperatura noutros répteis?, Quão universal é este mecanismo molecular entre os répteis?
para responder a estas perguntas, eles compararam as sequências de suas recém-identificadas transcrições de jarid2 e JMJD3 para RNAs de jacarés e tartarugas, ambas são parentes muito distantes de dragões, e ambas mostram determinação sexual dependente da temperatura. As tartarugas, que têm um sistema XX/XY, sofrem masculinização de baixa temperatura, enquanto os jacarés, que têm um sistema ZZ/ZW, experimentam feminização de baixa temperatura.,Cágado (painéis superiores) e crocodilo (painéis inferiores). Esquerda: Estados ancestrais do GSD (ZZ/ZW ou XX/XY),… com inversão sexual a baixas temperaturas (azuis). O acasalamento de indivíduos homogaméticos invertidos por sexo e de tipo selvagem faz com que a transição para TSD com JARID2/JMJD3 IR mantida como a diferenciação de controle de Sinais regulatórios. Direita: padrões de TSD observados em tartarugas e jacarés: IR masculino específico a baixas temperaturas, IR feminino específico a baixas temperaturas.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
os investigadores encontraram transcrições de jarid2 e jmjd3 semelhantes em jacarés e tartarugas invertidas por sexo, o que faz destes genes os candidatos mais convincentes para ser o “interruptor” molecular que controla as inversões sexuais em répteis.
o Sexo (reversão) é tudo sobre a dosagem
é importante ressaltar que o intron-retenção versões destes dois genes estão associados com a temperatura, mas não com um determinado sexo, pois a determinação do sexo é mais sutil do que isso., Os pesquisadores propõem que algumas linhagens de répteis, como jacarés e dragões, evoluíram a partir de sistemas de determinação do sexo heterogamético feminino (ZZ/ZW), enquanto outros, como tartarugas, evoluíram a partir de sistemas heterogaméticos masculinos (XX/XY). Assim, os genes JARID2/JMJD3 que retêm intron causam reversões sexuais por um desenvolvimento superior do sexo heterogamético, reduzindo a quantidade total de proteínas vitais fabricadas durante os estágios sensíveis de desenvolvimento. Por exemplo, em dragões barbudos, os machos são o sexo homogamético, então eles recebem uma dose dupla de todos os genes localizados no cromossomo Z., A perda de expressão de alguns desses genes devido ao estresse ambiental resultaria em uma redução ou perda das proteínas que codificam, e esta dosagem menor de proteínas chave pode causar um macho genético para se desenvolver como uma fêmea.uma vez que esta pesquisa foi feita em dragões adultos, a equipe está atualmente trabalhando com dragões embrionários para identificar quando estas diferenças de edição de RNA sensível à temperatura aparecem pela primeira vez., Eles também estão removendo genes JARID2 ou JMJD3 do DNA de dragão para ver como o desenvolvimento embrionário é afetado e se esta perda genética pode impedir a reversão sexual a altas temperaturas.
Vendo que “intron de retenção” estes dois Jumonji genes foi documentado em dragões, jacarés e tartarugas, que são evolutivamente distantes reptiliano linhagens (Figura A), os investigadores sugerem que este fenômeno é antigo, conservado mecanismo de controle reptiliano dependente da temperatura de determinação do sexo., Além disso, como o gene de estresse ambiental, POMC, é dramaticamente expressado em indivíduos invertidos por sexo, esses eventos genéticos fornecem mais uma ligação convincente entre estresse ambiental e determinação do sexo em répteis.extrapolando para fora, isto significa que o aquecimento global representa uma séria ameaça à existência continuada de dragões porque alterará as relações sexuais das populações destas espécies., Mas agora que temos uma ideia de como reverter o sexo dos répteis, tornar-se-á possível manipular as relações sexuais destes animais para ajudar a conservá-los para as gerações futuras desfrutarem.Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Graves, John S. Mattick, Paul D. Waters, e Arthur Georges (2017). A retenção diferencial de intrões nos genes modificadores de cromatina de Jumonji está implicada na determinação do sexo dependente da temperatura do réptil, Science Advances, 3:e1700731, publicado online em 14 de junho de 2017 à frente da impressão | doi:10.1126/sciadv.,1700731
Também mencionados:
Shunsuke Kuroki, Shogo Matoba, Mika Akiyoshi, Ato Matsumura, Hitoshi Miyachi, Nathan Mise, Kuniya Abe, Atsuo Ogura, Dagmar Wilhelm, Pedro Koopman, Masami Nozaki, Yoshiakira Kanai, Yoichi e Makoto Shinkai Tachibana (2013). Regulation Epigenetic of Mouse Sex Determination by the Histone Demethylase Jmjd1a, Science 341(6150): 1106-1109 | doi: 10.1126/science.Clare E. Holleley, Denis O’Mally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Graves, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang e Arthur Georges (2015)., A reversão sexual desencadeia a rápida transição do sexo genético para o dependente da temperatura, Nature, 523: 79-82 | doi: 10.1038 / nature14574
Como transformar o calor transforma dragões machos em fêmeas / @GrrlScientist