Cum de cotitură în sus de căldură se transformă dragoni bărbos masculin în femele

oamenii de stiinta Australian poate au dat seama cum reptile schimba sexul sub stresul de temperaturi extreme.un dragon Australian cu barbă (specia Pogona). (Credit: Toni Segers / CC BY-SA 4.0)

Toni Segers printr-o licență Creative Commons

Dacă sunteți un deținător de reptile, sunteți fără îndoială familiarizați cu fenomenul determinării sexului dependent de temperatură., În esență, sexul multor reptile – și chiar sexul unei varietăți de pești-este determinat de temperaturile mediului experimentat în timpul etapelor sensibile de dezvoltare, mai degrabă decât de prezența unei anumite combinații de cromozomi sexuali. Determinarea sexului dependent de temperatură diferă de mamifere și păsări, care se bazează aproape exclusiv pe determinarea sexului cromozomial. Cu toate acestea, în ciuda deceniilor de cercetare, încă nu știm exact cum apar diferențele sexuale dependente de temperatură., Dar se pare că un grup de oameni de știință australieni și-au dat seama în sfârșit: este vorba despre editarea ARN.Dragonii Australieni cu barbă se bazează fie pe determinarea cromozomială, fie pe determinarea sexului dependentă de temperatură sexul la aproape toate mamiferele depinde de cromozomii sexuali. Sexul mamiferelor este rezultatul sistemului lor de determinare a sexului XX/XY, unde bărbații sunt sexul heterogametic (XY). Dar în multe reptile, sexul lor este rezultatul temperaturilor experimentate în timpul dezvoltării embrionare: bărbații rezultă din expunerea la anumite temperaturi, în timp ce femelele rezultă din alte temperaturi.,dar dragonii cu barbă se bazează atât pe cromozomii sexuali, cât și pe temperaturile mediului cu experiență în timpul dezvoltării embrionare pentru a determina sexul. La temperaturi normale, machiajul lor cromozomial dictează ce sex sunt. Dar la temperaturi ridicate, dragonii cu cromozomi masculi suferă inversarea sexului și se dezvoltă ca femele. Până în prezent, dragonii sunt ciudați, deoarece sunt singurele reptile cunoscute că suferă inversare sexuală la temperaturi ridicate-alte reptile sunt sensibile la temperaturi reci (cu excepția șerpilor, care se bazează exclusiv pe cromozomi sexuali).,un dragon cu barbă în Hunter Valley Zoo, Australia. (Credit: Marc Dalmulder / Creative Commons)

Marc Dalmulder printr-o licență Creative Commons

Există opt specii de dragoni cu barbă, toate din care apar exclusiv în Australia. Una dintre aceste specii, Dragonul Australian cu barbă Centrală, Pogona vitticeps, este un specimen deosebit de popular pentru animale de companie și grădină zoologică, deoarece este rezistent și ușor de îngrijit., În plus, această specie este un organism model puternic care oferă oamenilor de știință o înțelegere mai clară a evenimentelor moleculare asociate cu determinarea sexului dependent de temperatură.dragonul bărbos se bazează pe un sistem de cromozomi sexuali ZZ/ZW pentru a ghida diferențierea sexuală. La dragoni, bărbații sunt sexul homogametic ancestral, care posedă doi cromozomi Z, iar femelele sunt heterogametice, cu cromozomi sexuali ZW. Aceasta este opusă sistemului cromozomului Sexual XX/XY al mamiferelor, unde a fi femeie este sexul „implicit” ancestral.,Dragonii cu barbă sunt un sistem model unic, deoarece temperaturile ridicate depășesc sistemul lor de determinare a sexului cromozomial. Când ouăle sunt incubate sub 32° Celsius (89,6° Fahrenheit), cromozomii lor sexuali dictează sexul lor, dar pentru temperaturi de peste 32° Celsius, un număr tot mai mare de ouă se dezvoltă în femele, indiferent de machiajul lor cromozomial (ref). Când temperaturile ajung la 36° Celsius (96,8 ° Fahrenheit), 100% dintre bărbații genetici se dezvoltă în femele inversate de sex (ZZf).

Mai mult, atunci când un dragon masculin normal (ZZm) este împerecheat cu un dragon ZZF inversat de sex, această împerechere produce în mod necesar doar descendenți ZZ. Dar sexul puilor care rezultă din această împerechere specială este determinat numai de temperatura de incubație, sugerând că a avut loc un fel de schimbare genetică permanentă. De fapt, conform cercetărilor anterioare, această schimbare genetică ereditară este pierderea completă a cromozomului W (ref).,

temperaturi Ridicate declanșa supra-expresie a stresului gene și eliberarea de hormoni de stres

Pentru a înțelege mai bine mecanismele moleculare care controlează dezvoltarea sexuală în barbă dragoni, o echipă de cercetători Australieni de la Garvan Institutul de Cercetare Medicală în Sydney, la Universitatea din Canberra și Comunitatea Științifică și de Cercetare Industrială Organisation (CSIRO), a examinat și comparat RNAs care sunt produse într-o varietate de țesuturi pe care le colectate de la adult dragoni.,

când cercetătorii au comparat dragonii feminini ZZF inversați de sex cu femelele normale (ZWf), au găsit profiluri unice de Expresie ARN pentru 17 gene în țesuturile creierului lor. Cea mai pronunțată a fost supraexpresia dramatică declanșată de temperatură (de 327 de ori) a genei stresului de mediu, Pro-opiomelanocortin (POMC, pronunțat „pom-c”). POMC este 241 resturi de aminoacizi lungi. Acesta este sintetizat în hipofiza și este un precursor al adrenocorticotropinei hormonului peptidic (ACTH), care declanșează eliberarea hormonilor de stres la vertebrate., Deci dragonii expuși la temperaturi calde în timpul dezvoltării embrionare au devenit stresați.

În plus față de această dramatică supra-expresie a AJUTA, de asemenea, cercetătorii au descoperit că sexul-inversat ZZf dragoni sunt de sex feminin-ca expresie de sex masculin influențate de gene, chiar dacă aceste animale arată niște bărbați ca comportamente și morfologii.cea mai interesantă constatare este că două gene supra-exprimate, JARID2 și JMJD3, sunt membri ai familiei genelor Jumonji., Proteinele Jumonji sunt cele mai cunoscute pentru rolul lor atât în dezvoltare, cât și în cancer: ele controlează identitatea celulelor stem și sunt esențiale pentru dezvoltarea normală a organelor și diferențierea sexului la animale. În acest moment, încă nu știm prea multe despre precisă a acțiunilor individuale Jumonji gene, dar știm că la mamifere versiune de JARID2 interacționează cu SRY, o genă de pe mamifere cromozomul Y care inițiază dezvoltarea testiculelor (ref). Mai mult, disfuncția în această genă determină inversarea sexului masculin-feminin la șoareci.,

ascunse importanța „junk ADN”

cercetătorii au constatat că în adult dragoni, JARID2 și JMJD3 au fost exprimate mai mult în ZZf țesuturi decât în ZWf de ZZm țesuturi. Nu numai că aceste două gene supraexprimate, dar cercetătorii au fost surprinși să descopere că JARID2 și JMJD3 produs o alternativă unică transcrierea în sex-inversat ZZf dragoni-o transcriere care nu este văzut în țesuturile normale ZWf și ZZm dragoni. Transcrierea ARN alternativă a fiecărei gene a reținut un intron., Intronii sunt întinderi de ADN care ghidează tiparele de expresie a genelor în loc să codifice proteinele, iar aceste regiuni sunt îmbinate (sau editate), ale mesajului ARN Matur. Aceste întinderi care nu codifică au fost cunoscute de mult timp sub numele de „ADN junk”, deoarece, până de curând, nu am înțeles rolurile lor esențiale în expresia genelor.

dar care a fost rezultatul acestor introni needitați? O examinare atentă a datelor de secvență a arătat că JARID2 și JMJD3 au păstrat fiecare un intron care conținea un codon de oprire., Aceste codoni de oprire prematură fie opresc producția proteinei, fie determină construirea proteinelor mai mici. Astfel de proteine abreviate nu funcționează normal: funcționalitatea lor este fie redusă, modificată, fie complet eliminată.știm că genele Jumonji controlează expresia unei suite de gene, dintre care cel puțin unele sunt implicate în determinarea sexului., Când genele Jumonji sunt modificate de stresul ambiental, genele din aval pe care le controlează nu sunt activate sau dezactivate corespunzător, și astfel, ele devin sensibile la stresul ambiental — temperaturi ridicate în acest caz. Deoarece aceste gene din aval orchestrează procesele de dezvoltare implicate în determinarea sexului, stresul de mediu este legat de determinarea sexului prin aceste două gene Jumonji în dragoni.cercetătorii s-au întrebat dacă transcrierile alternative JARID2 și JMJD3 pot fi asociate cu determinarea sexului sensibil la temperatură în alte reptile?, Cât de universal este acest mecanism molecular printre reptile?

pentru a răspunde La aceste întrebări, ei au comparat secvențele lor nou-identificate intron-fixare JARID2 și JMJD3 transcrieri a RNAs de crocodili și broaște țestoase, ambele din care sunt rude foarte îndepărtate de dragoni, și atât de dependentă de temperatură determinarea sexului. Țestoasele, care au un sistem XX/XY, suferă o masculinizare la temperaturi scăzute, în timp ce aligatorii, care au un sistem ZZ/ZW, experimentează feminizarea la temperaturi scăzute.,Turtle (panouri superioare) și aligator (panouri inferioare). Stânga: State GSD ancestrale (ZZ/ZW sau XX/XY),… cu inversarea sexului la temperaturi scăzute (albastre). Împerechere de sex-inversat și de tip sălbatic homogametic indivizi provoacă trecerea la TSD cu JARID2/JMJD3 IR menținut ca de reglementare semnal de control de diferențiere. Dreapta: modele TSD observate la țestoase și aligatori: ir specific masculin la temperaturi scăzute, ir specific feminin la temperaturi scăzute.

doi: 10.1126 / sciadv.,1700731

cercetatorii au descoperit similare intron-fixare JARID2 și JMJD3 transcrieri în sex-inversat crocodili și broaște țestoase, care face ca aceste gene cea mai convingătoare candidați pentru a fi moleculare „comutator” care controlează sex inversări în reptile.este important să subliniem că versiunile de reținere a intronilor acestor două gene sunt asociate cu temperatura, dar nu cu un anumit sex, deoarece determinarea sexului este mai subtilă decât aceasta., Cercetatorii propun ca niște reptile linii, cum ar fi aligatorii și dragoni, a evoluat de sex feminin sex heterogametic determinarea sisteme (ZZ/ZW) în timp ce altele, cum ar fi broastele testoase, a evoluat de la mascul heterogametic sisteme (XX/XY). Deci intron-fixare JARID2/JMJD3 gene că sexul inversări de imperative de dezvoltare de sex heterogametic prin reducerea cantității de proteine vitale fabricate în cursul sensibile stadii de dezvoltare. De exemplu, în dragonii cu barbă, bărbații sunt sexul homogametic, astfel încât primesc o doză dublă de toate genele situate pe cromozomul Z., Pierderea expresiei unora dintre aceste gene din cauza stresului de mediu ar duce la o reducere sau pierdere a proteinelor pe care le codifică, iar această doză mai mică de proteine cheie ar putea determina un bărbat genetic să se dezvolte ca femeie.deoarece această cercetare a fost făcută la dragoni adulți, Echipa lucrează în prezent cu dragoni embrionari pentru a identifica când apar aceste diferențe de editare ARN sensibile la temperatură., De asemenea, elimină genele JARID2 sau JMJD3 din ADN-ul dragonului pentru a vedea cum este afectată dezvoltarea embrionară și dacă această pierdere genetică poate preveni inversarea sexului la temperaturi ridicate.

Văzând că „intron reținere” în aceste două Jumonji gene fost documentate în dragoni, crocodili și broaște țestoase, care sunt îndepărtate din punct de vedere evolutiv reptilian linii (Figura a), cercetători sugerează că acest fenomen este un vechi, conservate mecanism de control reptilian dependente de temperatură determinarea sexului., Mai mult, deoarece gena stresului de mediu, POMC, este dramatic supra-exprimată în indivizii inversați de sex, aceste evenimente genetice oferă încă o legătură convingătoare între stresul de mediu și determinarea sexului în reptile.extrapolând spre exterior, aceasta înseamnă că încălzirea globală reprezintă o amenințare serioasă pentru existența continuă a dragonilor, deoarece va modifica raporturile de sex ale populațiilor acestor specii., Dar acum că avem o idee despre cum să inversăm sexul reptilelor, va deveni posibil să manipulăm raporturile sexuale ale acestor animale pentru a ajuta la conservarea lor pentru ca generațiile viitoare să se bucure.Sursa: Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Graves, John S. Mattick, Paul D. Waters și Arthur Georges (2017). Diferențial intron retenție în Jumonji cromatinei modificator de gene este implicată în reptile în funcție de temperatură determinarea sexului, Știința Avansează, 3:e1700731, publicat on-line pe 14 iunie 2017 înainte de imprimare | doi:10.1126/sciadv.,1700731

de Asemenea, a menționat:

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 și Makoto Tachibana (2013). Epigenetice Regulament al Mouse-Determinarea Sexului de Histone Demetilază Jmjd1a, Știință 341(6150):1106-1109 | doi:10.1126/science.1239864

Clare E. Holleley, Denis O ‘ meally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Morminte, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang și Arthur Georges (2015)., Inversarea sexului declanșează trecerea rapidă de la sexul genetic la sexul dependent de temperatură, natură, 523:79-82 | doi: 10.1038 / nature14574

cum se transformă căldura transformă Dragonii masculi în femele / @GrrlScientist