How Turning Up The Heat Turns Male Bearded Dragons Into female

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).

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