Un alt pas catre intelegerea determinarii sexului in Volvox

152

Volvox si rudele sale reprezinta un sistem model excelent pentru intelegerea evolutiei multicelularitatii. Simplitatea lor (in raport cu majoritatea celorlalte grupuri multicelulare) si varietatea speciilor „intermediare” („intermediare” din punct de vedere al marimii si complexitatii) le fac deosebit de potrivite pentru studii comparative ale morfologiei, dezvoltarii, geneticii, genomicii s.a. Cartea lui David Kirk pe aceasta tema trece in revista minutios activitatea depusa pana la sfarsitul anilor 90, iar progresele de atunci nu au facut decat sa creasca ritmul descoperirii.

Dar, in ultimii zece ani, as argumenta ca algele volvocine au aparut ca un sistem model principal pentru un set cu totul diferit de intrebari legate de evolutia sexelor. Masculii si femelele sunt definiti de gametii pe care ii produc, iar sexele au aparut atunci cand gametii lor s-au divergent in doua tipuri diferite. Existenta diferitilor gameti de sex masculin si feminin (sperma si oua, in majoritatea cazurilor) se numeste anisogamie, iar starea ancestrala a gametilor similari este izogamia.

In 2006, Hisayoshi Nozaki si colegii sai au raportat ca masculii cu volvocina au evoluat de la tipul de imperechere minus (izogam). Din cate stiu, acesta este singurul grup pentru care stim acest lucru. De atunci, au aparut mai multe indicii, iar acestea au fost analizate in mod competent anul trecut de catre Takashi Hamaji si colegii sai. O noua lucrare in PLoS ONE , de Kayoko Yamamoto si colegii, adauga inca o piesa puzzle-ului.

Figura S2 din Yamamoto si colab. 2017. Imagini microscopice usoare ale Volvox africanus (homotallic, monoe cu tip mascul) si V. reticuliferus (heterotallic, tip dioic). Bare de scara = 50 μm. sp: pachet de sperma, e: ovul. AC. Tulpina V. africanus 2013-0703-VO4. A. Sferoidul sexual. B. Sferoidul mono. C. Sferoida masculina. D, E. V. reticuliferus . D. Sferoida masculina la tulpina masculina VO123-F1-7. E. Sferoida feminina la tulpina feminina VO123-F1-6.

Yamamoto si colegii au profitat de o situatie unica pentru a explora bazele genetice ale rautatii la doua specii de Volvox . Primul avantaj pentru speciile alese este faptul ca, desi sunt foarte strans legate, unul ( Volvox reticuliferus ) este heterotallic, iar celalalt ( Volvox africanus ) este homotallic. In esenta, ceea ce inseamna ca Volvox reticuliferus are determinarea genetica a sexului si Volvox africanus nu. Intrucat Volvox se reproduce in cea mai mare parte asexual, putem izola o singura colonie si lasam sa se reproduca pentru a genera o eprubeta plina de colonii identice genetic. In Volvox reticuliferus, coloniile din eprubeta vor fi fie mascul masculin, fie feminin genetic, adica atunci cand vor intra in ciclul sexual, toate vor produce sperma sau oua; niciodata amandoi. Daca doriti sa se imperecheze cu Volvox reticuliferus , trebuie sa amestecati doua epruvete, unul mascul mascul si unul feminin genetic. Nu asa pentru Volvox africanus . O eprubeta plina de Volvox africanus , chiar daca toate sunt identice din punct de vedere genetic, poate produce sperma si ovule.

Cea de-a doua caracteristica de care au profitat Yamamoto si colegii, si acesta este in realitate un pic de geniu, este ca Volvox africanus care a intrat in ciclul sexual include atat colonii masculine, care produc doar sperma, cat si colonii hermafrodite sau monoece, care produc ambele sperma si oua. Acest lucru face posibile comparatii directe intre coloniile masculine si hermafrodite care sunt identice genetic.

Figura 1 din Yamamoto si colab. 2017. Diagrame ale ciclului de viata pentru doua specii de Volvox inrudite .

(A) V. reticuliferus (heterotallic, tip dioic). Germinarea unui zigot diploid produce un singur produs meiotic: fie o femela, fie un barbat, in functie de mostenirea locusului de tip imperechere. Algele se reproduc asexual si pot fi supuse unei inductii sexuale pentru a produce pachete de spermatozoizi (in grupurile de sex masculin) sau oua (la nivelul femelelor). (B) V. africanus(homothallic, monoe cu tipul masculilor). Germinarea unui zigot diploid produce un singur produs meiotic care se reproduce asexual. In urma inductiei sexuale, o populatie clonala poate produce atat sferoizi care contin doar pachete de spermatozoizi (sferoide masculine), cat si sferoide care contin atat oua, cat si pachete de spermatozoizi (sferoide monoice).

Yamamoto si colegii lor au comparat nivelurile de expresie ale genei MID in coloniile sexuale si asexuale ale Volvox reticuliferus, Volvox africanus si o specie mai inrudita, Volvox ferrisii . MID este cunoscut a fi implicat in determinarea rautatii la alte specii de volvocina.

Figura 5D-F din Yamamoto si colab. 2017. RT-PCR semicantitativ de ortologi MID la trei specii de Volvox. Analize de cuantificare a benzilor de gel de ImageJ. Barele indica mijloace si abateri standard ale celor trei experimente individuale.

Comparatiile au aratat ca MID este supraexprimat in coloniile de sex masculin, atat Volvox africanus, cat si Volvox reticuliferus (si in coloniile hermafrodite / monoece ale Volvox ferrisii ) in comparatie cu coloniile asexuale. Cu toate acestea, MID este subexprimat in coloniile hermafrodite / monoice ale Volvox africanus . MID are un rol clar in determinarea sexului, chiar si in Volvox africanus homothallic , dar nu poate fi intreaga poveste, deoarece este, de asemenea, foarte exprimata in coloniile monoeice ale Volvox ferrisii . MID poate fi necesar pentru producerea de sperma, dar expresia acesteia (singura) nu impiedica producerea de ovule.

Deoarece gena MID este prezenta doar la barbatii din speciile cu determinare genetica a sexului, autorii sugereaza ca speciile homotalice pot descinde din genotipurile masculine:

… specie homotalamica V. africanus ar fi putut evolua direct dintr-o tulpina masculina a stramosului heterotallic prin modificarea sistemului de reglare a expresiilor MID in sfereroase sexuale.

Aceasta este o posibilitate fascinanta. Ma voi arata chiar si cu niste speculatii care probabil nu le-ar face niciodata prin recenzii de la egal la egal. Cel mai recent stramos comun al Volvox reticuliferus si Volvox africanus a avut cel mai probabil determinarea genetica a sexului. Dupa ce cele doua linii au divergent, stramosii Volvox africanusar fi putut sa-si piarda femelele, eventual printr-un blocaj al populatiei extreme. Acest lucru s-ar putea intampla, de exemplu, printr-un eveniment rar de dispersie pe distante lungi, in care o tulpina de sex masculin genetic a devenit izolata geografic de populatia ancestrala. Prin reproducerea asexuala, tulpina masculina ar fi putut deveni numeroasa daca conditiile erau adecvate. Daca s-ar produce o mutatie in aceasta populatie (acum mare) care a provocat formarea de colonii hermafrodite, mutatia ar avea un avantaj masiv de fitness la urmatoarea data cand populatia va deveni sexuala.

Acest avantaj s-ar diminua pe masura ce mutatia va deveni mai frecventa, dar ar putea totusi, prin selectie sau in deriva, sa preia populatia, ceea ce ar fi la acel moment complet omotalic.

Acesta nu este decat un scenariu plauzibil; Nu am dovezi care sa sustina nimic. Voi observa, insa, ca reducerea expresiei MID la barbatii Volvox carteri este suficienta pentru a produce colonii hermafrodite. Daca acest lucru este valabil si pentru stramosii Volvox africanus , o mutatie care a redus pur si simplu expresia MID ar face trucul.

Linkuri stabile:

Nozaki, H., T. Mori, O. Misumi si S. Matsunaga. 2006. Masculii au evoluat din tipul dominant de imperechere izogametica. Biologie actuala 16: 1017-1018. doi: 10.1016 / j.cub.2006.11.019

Yamamoto, K., H. Kawai-toyooka, T. Hamaji, Y. Tsuchikane, T. Mori, F. Takahashi, H. Sekimoto, PJ Ferris si H. Nozaki. 2017. Analiza evolutiva moleculara a unui ortolog MID limitat de gen din specia homothallica Volvox africanus cu sferoide masculine si monoece. PLoS ONE 12: e0180313. doi: 10.1371 / journal.pone.0180313

Un alt pas catre intelegerea determinarii sexului in Volvox

Legate de

Populare

Cum alegi cel mai bun brad de Crăciun?

Afla cum iti poti lansa o mica afacere folosind un spatiu...

Top 10 cele mai supraevaluate filme din toate timpurile

10 regizori care au facut un film de groaza si au...

10 documentare care au schimbat perceptia publicului

Top 10 interviuri controversate cu celebritati din toate timpurile

Top 10 cele mai memorabile momente ale premiilor Oscar

Cum se schimba viata atunci cand intri in cercurile sociale ale...

10 povesti ciudate din lumea rap pe care sa le cunosti

10 secrete intunecate din lumea surprinzator de rasucita a K-Pop