Cómo subir el calor convierte a los dragones barbudos machos en Hembras

Los científicos australianos pueden haber descubierto cómo los reptiles cambian de sexo bajo el estrés de las temperaturas extremas.

Si eres un cuidador de reptiles, sin duda estás familiarizado con el fenómeno de la determinación del sexo dependiente de la temperatura., Esencialmente, el sexo de muchos reptiles-e incluso el sexo de una variedad de peces-está determinado por las temperaturas ambientales experimentadas durante las etapas sensibles del desarrollo en lugar de por la presencia de una combinación particular de cromosomas sexuales. La determinación del sexo dependiente de la temperatura difiere de la de los mamíferos y las aves, que dependen casi exclusivamente de la determinación del sexo cromosómico. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, todavía no sabemos exactamente cómo se producen las diferencias sexuales dependientes de la temperatura., Pero parece que un grupo de científicos australianos finalmente lo han descubierto: todo se trata de la edición de ARN.

Los dragones barbudos Australianos dependen de la determinación del sexo cromosómico o dependiente de la temperatura

el Sexo en casi todos los mamíferos depende de los cromosomas sexuales. El sexo mamífero es el resultado de su sistema de determinación sexual XX/XY, donde los machos son el sexo heterogamético (XY). Pero en muchos reptiles, su sexo es el resultado de las temperaturas experimentadas durante el desarrollo embrionario: los machos resultan de la exposición a algunas temperaturas, mientras que las hembras resultan de otras temperaturas.,

pero los dragones barbudos dependen tanto de los cromosomas sexuales como de las temperaturas ambientales experimentadas durante el desarrollo embrionario para determinar el sexo. A temperaturas normales, su composición cromosómica dicta de qué sexo son. Pero a altas temperaturas, los dragones con cromosomas masculinos experimentan reversión sexual y se desarrollan como hembras. Hasta ahora, los dragones son extraños porque son los únicos reptiles conocidos por experimentar reversión sexual a altas temperaturas other otros reptiles son sensibles a las temperaturas frías (excepto las serpientes, que dependen únicamente de los cromosomas sexuales).,

hay ocho especies de dragones barbudos, todos los cuales ocurren exclusivamente en Australia. Una de estas especies, el dragón barbudo Central Australiano, Pogona vitticeps, es un espécimen de mascota y Zoológico especialmente popular porque es resistente y fácil de cuidar., Además, esta especie es un poderoso organismo modelo que está proporcionando a los científicos una comprensión más clara de los eventos moleculares asociados con la determinación del sexo dependiente de la temperatura.

El dragón barbudo se basa en un sistema de cromosomas sexuales ZZ/ZW para guiar la diferenciación sexual. En los dragones, los machos son el sexo homogamético ancestral, poseyendo dos cromosomas Z, y las hembras son heterogaméticas, con cromosomas ZW. Esto es opuesto al sistema de cromosomas sexuales XX/XY de los mamíferos, donde ser mujer es el sexo ancestral «por defecto».,

los dragones barbudos son un sistema modelo único porque las altas temperaturas anulan su sistema de determinación cromosómica del sexo. Cuando los huevos se incuban por debajo de 32 ° Celsius (89.6° Fahrenheit), sus cromosomas sexuales dictan su sexo, pero para temperaturas superiores a 32° Celsius, un número creciente de huevos se convierten en Hembras, independientemente de su composición cromosómica (ref). Cuando las temperaturas alcanzan los 36 ° Celsius (96.8° Fahrenheit), el 100% de los machos genéticos se convierten en Hembras invertidas en sexo (ZZf).

Además, cuando un dragón macho normal (ZZm) se aparea con un dragón ZZF invertido por sexo, este emparejamiento necesariamente produce solo descendencia ZZ. Pero el sexo de la descendencia resultante de este emparejamiento en particular está determinado únicamente por la temperatura de incubación, lo que sugiere que se ha producido algún tipo de cambio genético permanente. De hecho, según investigaciones anteriores, este cambio genético hereditario es la pérdida completa del cromosoma W (ref).,

las altas temperaturas desencadenan la sobreexpresión de genes de estrés y la liberación de hormonas de estrés

para comprender mejor los mecanismos moleculares que controlan el desarrollo del Sexo en dragones barbudos, un equipo de investigadores australianos del Instituto Garvan de Investigación Médica en Sydney, la Universidad de Canberra y la organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO), examinaron y compararon ARN que se producen en una variedad de tejidos que recolectaron de dragones adultos.,

cuando los investigadores compararon dragones Hembras ZZF invertidas en sexo con Hembras normales (ZWf), encontraron perfiles únicos de expresión de ARN para 17 genes en sus tejidos cerebrales. La más pronunciada fue la dramática sobreexpresión provocada por la temperatura (327 veces) del gen de estrés ambiental, Pro-opiomelanocortin (POMC, pronunciado «pom-c»). POMC es 241 residuos de aminoácidos de largo. Se sintetiza en la pituitaria y es un precursor de la hormona peptídica adrenocorticotropina (ACTH), que desencadena la liberación de hormonas del estrés en los vertebrados., Así que los dragones expuestos a temperaturas cálidas durante el desarrollo embrionario se estresaron.

además de esta dramática sobreexpresión de POMC, los investigadores también encontraron que los dragones ZZF invertidos en el sexo tienen una expresión similar a la femenina de genes sesgados por hombres, a pesar de que estos animales muestran algunos comportamientos y morfologías similares a los hombres.

el hallazgo más interesante es que dos genes sobreexpresados, JARID2 y JMJD3, son miembros de la familia del gen Jumonji., Las proteínas Jumonji son más conocidas por su papel tanto en el desarrollo como en el cáncer: controlan la identidad de las células madre y son esenciales para el desarrollo normal de los órganos y la diferenciación sexual en los animales. En este punto, todavía no sabemos mucho sobre las acciones precisas de los genes Jumonji individuales, pero sí sabemos que la versión mamífera de JARID2 interactúa con SRY, un gen en el cromosoma Y mamífero que inicia el desarrollo de los testículos (ref). Además, la disfunción en este gen causa reversión del sexo masculino a femenino en ratones.,

la importancia oculta del «ADN basura»

los investigadores encontraron que en los dragones adultos, JARID2 y JMJD3 se expresaron más altamente en los tejidos ZZf que en cualquiera de los tejidos ZWf de ZZm. Estos dos genes no solo fueron sobreexpresados, sino que los investigadores se sorprendieron al descubrir que JARID2 y JMJD3 produjeron una transcripción alternativa única en dragones ZZF invertidos en el sexo, una transcripción que no se ve en los tejidos de dragones ZWF y ZZm normales. La transcripción alternativa del ARN de cada gen retuvo un intrón., Los intrones son tramos de ADN que guían los patrones de expresión génica en lugar de codificar proteínas, y estas regiones se empalman (o editan), del mensaje de ARN maduro. Estos estiramientos no codificantes se conocían durante mucho tiempo como» ADN basura » porque, hasta hace poco, no entendíamos sus funciones esenciales en la expresión génica.

Pero ¿cuál fue el resultado de estos intrones sin editar? Un examen cuidadoso de los datos de secuencia mostró que JARID2 y JMJD3 retuvieron cada uno un intrón que contenía un codón de parada., Estos codones de parada prematuros o bien detienen la producción de la proteína o causan que se construyan proteínas más pequeñas. Tales proteínas abreviadas no funcionan normalmente: su funcionalidad se reduce, se altera o se suprime por completo.

sabemos que los genes Jumonji controlan la expresión de un conjunto de genes, al menos algunos de los cuales están involucrados en la determinación del sexo., Así que cuando los genes Jumonji son alterados por el estrés ambiental, los genes aguas abajo que controlan no se activan o desactivan apropiadamente, y por lo tanto, también se vuelven sensibles al estrés ambiental temperatures altas temperaturas en este caso. Dado que estos genes aguas abajo orquestan los procesos de desarrollo involucrados en la determinación del sexo, el estrés ambiental está vinculado a la determinación del sexo a través de estos dos genes Jumonji en dragones.

los investigadores se preguntaron si las transcripciones alternativas de JARID2 y JMJD3 podrían estar asociadas con la determinación del sexo sensible a la temperatura en otros reptiles., ¿Cuán universal es este mecanismo molecular entre los reptiles?

para responder a estas preguntas, compararon las secuencias de sus transcripciones JARID2 y JMJD3 de retención de intrones recientemente identificadas con ARN de caimanes y tortugas, los cuales son parientes muy distantes de dragones, y ambos muestran determinación sexual dependiente de la temperatura. Las tortugas, que tienen un sistema XX / XY, experimentan masculinización a baja temperatura, mientras que los caimanes, que tienen un sistema ZZ/ZW, experimentan feminización a baja temperatura.,

los investigadores encontraron transcripciones similares de JARID2 y JMJD3 que retienen intrones en caimanes y tortugas invertidos en el sexo, lo que hace que estos genes sean los candidatos más convincentes para ser el «interruptor» molecular que controla las reversiones sexuales en reptiles.

El Sexo (reversión) tiene que ver con la dosis

es importante señalar que las versiones de retención de intrones de estos dos genes están asociadas con la temperatura, pero no con un sexo en particular porque la determinación del sexo es más sutil que esto., Los investigadores proponen que algunos linajes de reptiles, como los caimanes y los dragones, evolucionaron a partir de sistemas heterogaméticos femeninos de determinación del sexo (ZZ/ZW), mientras que otros, como las tortugas, evolucionaron a partir de sistemas heterogaméticos masculinos (XX/XY). Por lo tanto, los genes JARID2/JMJD3 que retienen los intrones causan reversiones sexuales al anular el desarrollo del sexo heterogamético al reducir la cantidad total de proteínas vitales fabricadas durante las etapas sensibles del desarrollo. Por ejemplo, en los dragones barbudos, los machos son el sexo homogamético, por lo que reciben una dosis doble de todos los genes ubicados en el cromosoma Z., La pérdida de expresión de algunos de estos genes debido al estrés ambiental resultaría en una reducción o pérdida de las proteínas que codifican, y esta dosis más pequeña de proteínas clave podría causar que un varón genético se desarrolle como una mujer.

dado que esta investigación se realizó en dragones adultos, el equipo está trabajando actualmente con dragones embrionarios para identificar cuándo aparecen por primera vez estas diferencias de edición de ARN sensibles a la temperatura., También están eliminando los genes JARID2 o JMJD3 del ADN del dragón para ver cómo se ve afectado el desarrollo embrionario y si esta pérdida genética puede prevenir la reversión del sexo a altas temperaturas.

viendo que la» retención de intrones » en estos dos genes Jumonji se documentó en dragones, caimanes y tortugas, que son linajes de reptiles evolutivamente distantes (figura A), los investigadores sugieren que este fenómeno es un mecanismo antiguo y conservado que controla la determinación del sexo dependiente de la temperatura de los reptiles., Además, debido a que el gen de estrés ambiental, POMC, está dramáticamente sobreexpresado en individuos con sexo invertido, estos eventos genéticos proporcionan otro vínculo convincente entre el estrés ambiental y la determinación del Sexo en reptiles.

extrapolando hacia afuera, esto significa que el calentamiento global representa una seria amenaza para la existencia continua de dragones porque alterará las proporciones de sexo de las poblaciones de estas especies., Pero ahora que tenemos una idea de cómo revertir el sexo de los reptiles, será posible manipular la proporción sexual de estos animales para ayudar a conservarlos para las futuras generaciones.fuente: Ira W. Deveson, Clare E. Holleley, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Graves, John S. Mattick, Paul D. Waters, y Arthur Georges (2017). Differential intron retention in Jumonji chromatin modifier genes is implicated in reptile temperature-dependent sex determination, Science Advances, 3:E1700731, published on 14 June 2017 ahead of print | doi:10.1126/sciadv.,1700731

también se menciona:

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 y Makoto Tachibana (2013). Regulación epigenética de la determinación del sexo del ratón por la histona demetilasa Jmjd1a, Science 341(6150):1106-1109 | doi:10.1126/science.1239864

Clare E. Holleley, Denis O’Meally, Stephen D. Sarre, Jennifer A. Marshall Graves, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang y Arthur Georges (2015)., La inversión sexual desencadena la rápida transición del sexo genético al dependiente de la temperatura, Nature, 523: 79-82 / doi: 10.1038/nature14574

Cómo subir el calor convierte a los dragones machos en Hembras / @GrrlScientist