australští vědci možná přišli na to, jak plazi mění sex pod stresem extrémních teplot.
Australský vousatý drak (druh Pogona). (Kredit: Toni Segers / CC BY-SA 4.0)
Toni Segers prostřednictvím licence Creative Commons
Pokud jste chovatel plazů, bezpochyby znáte fenomén určování pohlaví závislého na teplotě., V podstatě, sex z mnoha plazi-a dokonce i pohlaví různé ryby-je určena životního prostředí teplotám během citlivé fáze vývoje, spíše než přítomnost určité kombinace pohlavních chromozomů. Stanovení pohlaví závislé na teplotě se liší od savců a ptáků, které se spoléhají téměř výhradně na stanovení chromozomálního pohlaví. Přesto, i přes desetiletí výzkumu, stále nevíme přesně, jak dochází k teplotně závislým sexuálním rozdílům., Zdá se však, že skupina australských vědců na to konečně přišla: je to všechno o editaci RNA.
Australští vousatí draci spoléhají buď na chromozomální nebo teplotně závislé určení pohlaví
Sex téměř u všech savců je závislý na pohlavních chromozomech. Pohlaví savců je výsledkem jejich systému určování pohlaví XX / XY, kde muži jsou heterogametickým (XY) pohlavím. U mnoha plazů je však jejich pohlaví výsledkem teplot během embryonálního vývoje: muži jsou výsledkem vystavení některým teplotám, zatímco ženy jsou výsledkem jiných teplot.,
Ale vousatý draci spoléhají na oba pohlavní chromozomy a životního prostředí teplotám během embryonálního vývoje k určení pohlaví. Při normálních teplotách jejich chromozomální make-up diktuje, jaký sex jsou. Ale při vysokých teplotách se draci s mužskými chromozomy podrobují obrácení pohlaví a vyvíjejí se jako ženy. Tak daleko, draci jsou podivíni, protože jsou to jediní plazi známo, že podstoupí změnu pohlaví při vysokých teplotách — ostatní plazi jsou citlivé na nízké teploty (kromě hadů, které se spoléhají výhradně na pohlavní chromozomy).,
vousatý drak v Zoo Hunter Valley v Austrálii. (Kredit: Marc Dalmulder / Creative Commons)
Marc Dalmulder prostřednictvím licencí Creative Commons
Existuje osm druhů vousatý draci, z nichž všechny se vyskytují výhradně v Austrálii. Jeden z těchto druhů, Australský vousatý drak, Pogona vitticeps, je obzvláště populární pet a zoo exemplář, protože je odolné a snadno se udržuje., Tento druh je navíc silným modelovým organismem, který poskytuje vědcům jasnější pochopení molekulárních událostí spojených s určením pohlaví závislého na teplotě.
vousatý drak se spoléhá na systém pohlavního chromozomu ZZ / ZW, který vede sexuální diferenciaci. U draků jsou muži rodový homogametický sex, který má dva chromozomy Z a ženy jsou heterogametické, s pohlavními chromozomy ZW. To je opačné k systému pohlavních chromozomů XX/XY, kde je žena rodovým“ výchozím “ pohlavím.,
vousatí draci jsou jedinečným modelovým systémem, protože vysoké teploty potlačují jejich chromozomální systém určování pohlaví. Když vejce se inkubují pod 32° C (89.6° Fahrenheita), jejich pohlavní chromozomy určují jejich pohlaví, ale teploty nad 32° C, zvýšení počtu vajíčka vyvinou do ženy, bez ohledu na jejich chromozomální make-up (ref). Když teplota dosahuje 36° C (96.8° Fahrenheita), 100% genetickými samci se vyvinou do sex-obrácené (ZZf) žen.
d., Vysoké teploty potlačují chromozomální systém určování pohlaví u vousatých draků. Rodový… stav stanovení genetického pohlaví (ZZ/ ZW; levý panel), se změnou pohlaví při vysokých teplotách (pravý panel). Páření pohlavně obrácených a volně žijících homogametických jedinců způsobuje přechod na stanovení pohlaví závislé na teplotě (TSD). Vpravo: Čtyři TSD objeví se vzory: žena-specifické IR při vysokých teplotách, samec-specifické IR při nízkých teplotách, ženské specifické IR při nízkých teplotách, a muž-specifické IR při vysokých teplotách.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
dále, když je normální (ZZm) mužský drak spojen se sexem zvráceným drakem ZZf, toto párování nutně přináší pouze potomky ZZ. Ale pohlaví potomstva vyplývající z tohoto konkrétního párování je určeno pouze inkubační teplotou, což naznačuje, že došlo k nějaké trvalé genetické změně. Ve skutečnosti je podle předchozího výzkumu tato dědičná genetická změna úplnou ztrátou chromozomu W (ref).,
Vysoké teploty vyvolat nadměrná exprese stresových genů a uvolňování stresových hormonů
Pro lepší pochopení molekulárních mechanismů, které řídí vývoj pohlavních vousaté draky, tým Australských výzkumníků v Garvan Ústavu pro Lékařský Výzkum v Sydney, University of Canberra a Commonwealth Vědecký a Průmyslový Výzkum Organizace (CSIRO), přezkoumány a porovnány RNAs, které jsou vyráběny v různých tkáních, které jsou shromažďovány z dospělých draků.,
Když vědci porovnali ženské draky ZZF obrácené k normálním (ZWF) ženám, našli ve svých mozkových tkáních jedinečné profily exprese RNA pro 17 genů. Nejvýraznější byl dramatický teploty-spustí nadměrná exprese (327-krát) environmentální stres gen, Pro-opiomelanocortin (POMOCT, vyslovuje se „pom-c“). POMC je 241 aminokyselinových zbytků dlouhých. Je syntetizován v hypofýze a je předchůdcem peptidového hormonu adrenokortikotropinu (ACTH), který spouští uvolňování stresových hormonů u obratlovců., Draci vystavení teplým teplotám během embryonálního vývoje se tak stresovali.
kromě tohoto dramatického průběhu-vyjádření POMOCT, vědci také zjistili, že sex-je to naopak ZZf draci mají ženské-jako výraz mužské-neobjektivní geny, i když tato zvířata vykazují některé mužské-jako chování a morfologií.
nejzajímavější zjištění je, že dva-vyjádřil geny, JARID2 a JMJD3, jsou členy i když genové rodiny., Proteiny Jumonji jsou nejlépe známé svou rolí jak ve vývoji, tak v rakovině: kontrolují identitu kmenových buněk a jsou nezbytné pro normální vývoj orgánů a diferenciaci pohlaví u zvířat. V tomto bodě, stále nevíme mnoho o konkrétní opatření jednotlivých Jumonji geny, ale víme, že savčí verze JARID2 interaguje s SRY genu na savčích Y chromozom, který iniciuje vývoj varlat (ref). Dále dysfunkce v tomto genu způsobuje obrácení pohlaví mezi muži a ženami u myší.,
skrytý význam „nevyžádané DNA“
vědci zjistili, že u dospělých draků byly JARID2 a JMJD3 vyjádřeny v tkáních ZZf více než v ZWF tkání ZZM. Nejen, že byly tyto dva geny over-exprimován, ale vědci byli překvapeni zjištěním, že JARID2 a JMJD3 vyrábí unikátní alternativní přepis v sex-obrácené ZZf draci — přepis, který není vidět v tkáních normální ZWf a ZZm draky. Alternativní RNA transkript každého genu si zachoval jeden intron., Introny jsou úseky DNA, které vedou vzorce genové exprese namísto kódování proteinů, a tyto oblasti jsou spojeny (nebo upraveny), zralé zprávy RNA. Tyto nekódující úseky byly dlouho známé jako „nevyžádaná DNA“, protože až donedávna jsme nerozuměli jejich základním rolím v genové expresi.
ale jaký byl výsledek těchto needitovaných intronů? Pečlivé zkoumání sekvenčních dat ukázalo, že JARID2 a JMJD3 si zachovaly intron, který obsahoval stop kodon., Tyto předčasné Stop kodony buď zastavit produkci proteinu, nebo způsobují menší proteiny, které mají být konstruovány. Takové zkrácené proteiny nefungují normálně: jejich funkčnost je buď snížena, změněna nebo zcela zrušena.
víme, že geny Jumonji řídí expresi sady genů, z nichž alespoň některé se podílejí na určování pohlaví., Takže když jsou geny Jumonji změněny environmentálním stresem, následné geny, které kontrolují, nejsou vhodně zapnuty nebo vypnuty, a proto jsou také citlivé na stres prostředí-v tomto případě vysoké teploty. Protože tyto navazující geny organizují vývojové procesy zapojené do stanovení pohlaví, environmentální stres je spojen s určením pohlaví prostřednictvím těchto dvou genů Jumonji U Draků.
vědci přemýšleli, zda alternativní přepisy JARID2 a JMJD3 mohou být spojeny s určením pohlaví citlivého na teplotu u jiných plazů?, Jak univerzální je tento molekulární mechanismus mezi plazy?
Na tyto otázky odpovědět, že v porovnání sekvencí z jejich nově zjištěných intron-upevňovací JARID2 a JMJD3 přepis do Rna z aligátoři a želvy, které jsou velmi vzdálené příbuzné, aby draci, a které ukazují, závislé na teplotě určení pohlaví. Želvy, které mají systém XX/XY, podléhají nízkoteplotní maskulinizaci, zatímco aligátoři, kteří mají systém ZZ/ZW, zažívají feminizaci s nízkou teplotou.,
Turtle (horní panely) a aligátor (spodní panely). Vlevo: rodové státy GSD (ZZ / ZW nebo XX / XY),… při obrácení pohlaví při nízkých (modrých) teplotách. Páření sex-zvrátit a wild-type homogametic jedinců způsobuje přechod k TSD s JARID2/JMJD3 IR zachována jako regulační signál ovládající diferenciace. Právo: TSD vzory pozorované u želv a aligátorů: mužské specifické IR při nízkých teplotách, ženské specifické IR při nízkých teplotách.
doi: 10.1126 / sciadv.,1700731
vědci zjistili podobné intron-upevňovací JARID2 a JMJD3 přepisy v sexu-je to naopak, aligátory a želvy, které činí tyto geny nejvíce přesvědčivé kandidáty za to, že molekulární „spínač“, který řídí sexuální zvraty v plazi.
Sex (obrácení) je o dávkování
je důležité poukázat na to, že intron-upevňovací verze tyto dva geny jsou spojeny s teplotou, ale ne s konkrétním sex, protože určení pohlaví je mnohem jemnější než tohle., Vědci navrhují, že některé linií plazů, jako jsou aligátoři a draci, se vyvinul z ženské heterogametic určení pohlaví systémy (ZZ/ZW), zatímco jiní, jako jsou želvy, se vyvinul z muže heterogametic systémy (XX/XY). Takže intron-upevňovací JARID2/JMJD3 geny, protože sex zvraty naléhavými rozvoj heterogametic sex snížením celkové množství životně důležitých bílkovin vyrobených v průběhu citlivé fáze vývoje. Například u vousatých draků jsou muži homogametickým pohlavím, takže dostávají dvojitou dávku všech genů umístěných na chromozomu Z., Ztráta exprese některých genů, v důsledku environmentálního stresu by mělo za následek snížení nebo ztrátu proteiny kódují, a to menší dávkování klíčových proteinů může způsobit genetické mužské vyvíjet jako ženské.
Od tohoto výzkumu bylo provedeno u dospělých draků, tým je v současné době pracuje s embryonální draci určit, kdy se tyto citlivé na teplotu RNA editace rozdíly na první pohled zdát., Také odstraňují geny JARID2 nebo JMJD3 z dračí DNA, aby zjistili, jak je ovlivněn embryonální vývoj a zda tato genetická ztráta může zabránit obrácení pohlaví při vysokých teplotách.
když Viděl, že „intron uchování“ v těchto dvou Jumonji genů byla dokumentována v draky, aligátory a želvy, které jsou evolučně vzdálené reptiloidní rodové linie (viz Obrázek A), výzkumníci naznačují, že tento jev je starobylé, zachovaná mechanismus ovládání plazů závisí na teplotě určení pohlaví., Dále, protože environmentální stres gen, POMOCT, je výrazně nad-vyjádřeno v sexu-je to naopak, jednotlivci, tyto genetické události poskytnout ještě další přesvědčivé spojení mezi environmentální stres a určení pohlaví u plazů.
extrapolace směrem ven znamená, že globální oteplování představuje vážnou hrozbu pro pokračující existenci draků, protože změní poměr pohlaví populací těchto druhů., Ale teď, že máme představu o tom, jak zvrátit sex na plazi, to bude možné manipulovat poměrem pohlaví těchto zvířat, aby pomohla zachovat je pro budoucí generace těšit.
zdroj:
Ira W. Deveson, Clare e. Holleyová, James Blackburn, Jennifer A. Marshall Graves, John s. Mattick, Paul D. Waters a Arthur Georges (2017). Diferenciální intron uchovávání v Jumonji chromatin modifikujících genů se podílí na plaz závislé na teplotě, stanovení pohlaví, Věda postupuje, 3:e1700731, zveřejněné on-line dne 14. června 2017 před tiskem | doi:10.1126/sciadv.,1700731
Také zmínil:
Shunsuke Kuroki, Shogo Matobo, Mika Akiyoshi, Yasuko Matsumura, Hitoshi Miyachi, Nathan Mise, Kuniya Abe, Atsuo Ogura, Dagmar Wilhelm, Petr Koopman, Masami Nozaki, Yoshiakira Kanai, Yoichi Shinkai a Makoto Tachibana (2013). Epigenetické Regulace Myš Určení Pohlaví u Histonu Demetylázu Jmjd1a, Věda 341(6150):1106-1109 | doi:10.1126/science.1239864
Clare E. Holleley, Denis O’Meally, Stephen D., Sarre, Jennifer A. Marshall Hroby, Tariq Ezaz, Kazumi Matsubara, Bhumika Azad, Xiuwen Zhang a Arthur Georges (2015)., Sex obrácení spouští rychlý přechod z genetických k teplotě závislé na pohlaví, Příroda, 523:79-82 | doi:10.1038/nature14574
Jak Otáčení Se Teplo Změní Mužské Draky Do Samice | @GrrlScientist