Acasă Maturesex Ce ne invata gandacii de balegar despre genetica diferentelor de sex

Maturesex

Ce ne invata gandacii de balegar despre genetica diferentelor de sex

136

Pozati un leu: masculul are o branza luxuroasa, femela nu. Acesta este un exemplu clasic de ceea ce biologii numesc dimorfism sexual – cele doua sexe ale aceleiasi specii prezinta diferente de forma sau comportament. Leii de sex masculin si feminin impartasesc aproape toate aceleasi informatii genetice, dar arata destul de diferit.

Ne-am obisnuit sa gandim genele ca fiind responsabile pentru trasaturile pe care le dezvolta un organism. Insa diferite forme de trasatura – mane sau fara germeni – pot aparea din informatii genetice practic identice. Mai mult, trasaturile nu sunt toate la fel de dimorfice sexual. In timp ce cozile paunilor si piersicilor sunt extrem de diferite, picioarele lor, de exemplu, sunt cam la fel.

Intelegerea modului in care aceasta variatie a formei – ceea ce geneticii numesc variatie fenotipica – apare esential pentru a raspunde la mai multe intrebari stiintifice, inclusiv cum apar trasaturi noi in timpul evolutiei si modul in care apar boli complexe in timpul vietii.

Astfel, cercetatorii au aruncat o privire mai atenta asupra genomului, cautand genele responsabile pentru diferentele dintre sexe si intre trasaturile din cadrul unui singur sex. Cheia acestor trasaturi dimorfice sexual pare sa fie un fel de proteina numita factor de transcriptie, a carui misiune este de a activa genele „pornit” si „oprit”.

In propria lucrare cu gandacii de balegar, colegii si cu mine ne dezlantuim cum acesti factori de transcriptie duc de fapt la diferitele trasaturi pe care le vedem la barbati si femei. O multime de ele are legatura cu ceva numit „splicing de gene alternativ” – un fenomen care permite unei singure gene sa codifice diferite proteine, in functie de modul in care blocurile de constructie sunt unite.

Gene doublesex produce dimorfism sexual vizibil in polipitii Papilio , fluturasul comun. Femela (sus), masculina (jos). Jeevan Jose, Kerala, India, CC BY-SA

On / off, barbat / femeie

De-a lungul anilor, diferite grupuri de oameni de stiinta au lucrat in mod independent cu diverse animale pentru a identifica gene care modeleaza identitatea sexuala; si-au dat seama ca multe dintre aceste gene au o regiune specifica. Aceasta regiune genica a fost gasita atat in gena vierme mab-3, cat si in gena insecta doublesex , asa ca au numit gene similare care contin aceasta regiune genele DMRT, pentru „factori de transcriptie legata de mab dublesex.”

Aceste gene codeaza proteine DMRT care activeaza sau dezactiveaza citirea sau expresia altor gene. Pentru a face acest lucru, ei cauta gene in ADN, se leaga de acele gene si face mai usor sau mai greu accesul la informatiile genetice. Prin controlul ce parti ale genomului sunt exprimate, proteinele DMRT duc la produse caracteristice genului masculin sau feminin. Ele corespund expresiei genelor la sexul si trasaturile potrivite.

DMRT-urile confera aproape intotdeauna rautate. De exemplu, fara DMRT, tesutul testicular la soarecii de sex masculin se deterioreaza. Cand DMRT este produs experimental la soarecii de sex feminin, ei dezvolta tesut testicular. Aceasta meserie de promovare a dezvoltarii testiculelor este comuna pentru majoritatea animalelor, de la pesti si pasari la viermi si scoici.

DMRTs confera chiar boala la animalele unde indivizii dezvolta atat testicule cat si ovare. La pestii care prezinta hermafroditism secvential – unde gonadele se schimba de la femeie la barbat sau invers, in cadrul aceluiasi individ – epilarea si scaderea expresiei DMRT au ca rezultat aparitia si regresia tesutului testicular. De asemenea, la testoasele care devin masculi sau femele pe baza temperaturilor experimentate in ou, DMRT este produs in tesutul genital al embrionilor expusi la temperaturi de sex masculin.

Situatia este putin diferita la insecte. In primul rand, rolul DMRT ( doublesex ) in generarea dimorfismului sexual s-a extins dincolo de gonade si in alte parti ale corpului, inclusiv parti ale gurii, pete cu aripi si peri de imperechere numit in mod corespunzator „pieptene sexuale”.

In functie de modul in care piesele sunt reunite, o gena poate duce la un numar de proteine diferite. Cris Ledon-Rettig, CC BY-ND

In al doilea rand, insectele masculine si feminine genereaza propriile versiuni ale proteinei dublesex prin ceea ce se numeste „splicing alternativ al genelor”. Aceasta este o modalitate pentru o singura gena de a codifica mai multe proteine. Inainte ca genele sa fie transformate in proteine, acestea trebuie sa fie „activate”; adica, transcrise in instructiuni pentru construirea proteinei.

Datorita genei doublesex , in gandacul de cerb Cyclommatus metallifer , mandibulele masculilor (dreapta) sunt mult mai mari decat cele ale femelelor (stanga). http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1004098

Dar instructiunile contin atat regiuni utile si extrane de informatii, astfel incat partile utile trebuie sa fie cusute impreuna pentru a crea instructiunile finale de proteine. Combinand regiunile utile in moduri diferite, o singura gena poate produce multiple proteine. La insectele de sex masculin si feminin, aceasta alternare a genelor este cea care genereaza proteinele dubleex comportandu-se diferit la fiecare sex.

Deci, la o femela, instructiunile de la gena doublesex ar putea include sectiunile 1, 2 si 3, in timp ce la un barbat, aceeasi instructiune ar putea include doar 2 si 3. Proteinele rezultate fiecare ar avea propriul lor efect asupra partilor codului genetic. sunt pornite sau oprite – ducand la un barbat cu parti bucale uriase si o femela fara, de exemplu.

Doublesex in gandacii de balegar

Cum regleaza formele barbatesti si feminine ale dubleexului pentru a produce trasaturi masculine si feminine? Grupul nostru de cercetare a raspuns acestei intrebari folosind gandaci de balegar, care sunt exceptional de numeroase la specii (peste 2.000), raspandite (care locuiesc in fiecare continent, cu exceptia Antarcticii), versatile (consumand aproximativ fiecare tip de balegar) si care prezinta o diversitate uimitoare intr-o trasatura dimorfa sexuala: coarne.

Creasta plina a unui gandac de balegar cu cap de taur. Alex Wild

Ne-am concentrat pe gandacul de balegar cu capul taurului Onthophagus taurus , o specie in care masculii produc coarne mari, asemanatoare cu taurul, dar femelele raman fara corn. Am descoperit ca proteinele dubleex pot regla genele in doua moduri.

In majoritatea trasaturilor, regleaza diferite gene la fiecare sex. Aici, doublesex nu actioneaza ca un „comutator” intre doua posibile rezultate sexuale, ci confera in mod independent masculinitatii si feminitatii fiecarui sex in mod independent. Altfel spus, aceste trasaturi nu se confrunta cu o decizie binara intre a deveni barbat sau femeie, sunt pur si simplu asexuate si pregatite pentru instructiuni suplimentare.

Povestea este diferita pentru coarnele capului gandacilor de balegar. In acest caz, doublesex actioneaza mai mult ca un switch, regland aceleasi gene la ambele sexe, dar in directii opuse. Proteina feminina a suprimat genele la femei care altfel ar fi promovate de proteina masculina la barbati. De ce ar exista un stimulent evolutiv pentru a face acest lucru?

Datele noastre au indicat ca proteina dubleex feminina face acest lucru pentru a evita ceea ce este cunoscut sub numele de „antagonism sexual”. In natura, fitness-ul este sculptat atat de selectia naturala, cat si de cea sexuala. Selectia naturala favorizeaza trasaturile crescand supravietuirea, in timp ce selectia sexuala favorizeaza caracteristicile crescand accesul la parteneri.

Uneori, aceste forte sunt de acord, dar nu intotdeauna. Coarnele mari ale capului de O. Taurus masculi isi maresc accesul la imperecheti, dar aceleasi coarne ar fi o problema pentru femelele care trebuie sa se tuneleze in subteran pentru a-si creste urmasii. Acest lucru creeaza o tensiune intre sexe sau antagonism sexual, care limiteaza starea generala a speciei. Cu toate acestea, daca proteina dublesex feminin dezactiveaza genele care la barbati sunt responsabile pentru cresterea cornului, intreaga specie se descurca mai bine.

Dincolo de sexul gandacului

Cercetarile noastre continue se refera la modul in care doublesex a evoluat pentru a genera marea diversitate in dimorfismul sexual in gandacii de balegar. Peste specii, coarnele se gasesc in diferite regiuni ale corpului, cresc diferit ca raspuns la diferite diete de calitate si pot aparea chiar si la femei, mai degraba decat la barbati.

In Onthophagus sagittarius , de exemplu, femela creste coarne substantiale, in timp ce barbatii raman fara coarne. Aceasta specie a depasit doar cinci milioane de ani de la O. taurus , o simpla scadere de timp in galeata evolutiva pentru insecte. In perspectiva, gandacii s-au divergent de la muste in urma cu aproximativ 225 de milioane de ani. Acest lucru sugereaza ca doublesex poate evolua rapid pentru a achizitiona, comuta sau modifica modificarea reglarii genelor care stau la baza dezvoltarii cornului.

Cum ne va ajuta sa intelegem rolul dubleexului in trasaturile de insecte dimorfice din punct de vedere sexual sa ne inteleaga variatia fenotipica la alte animale, chiar si la oameni?

In ciuda faptului ca DMRT sunt impartite ca o singura forma la mamifere si actioneaza in principal la barbati, majoritatea altor gene umane sunt alternativ; la fel ca gena dublesex a insectelor , majoritatea genelor umane au diferite regiuni care pot fi impartite impreuna in ordine diferite, cu rezultate diferite. Genele spliced alternative pot avea efecte distincte sau opuse, bazate pe sexul si trasaturile in care sunt exprimate. Intelegerea modului in care proteinele produse de gene alternativ impletite se comporta in diferite tesuturi, sexe si medii, vor releva modul in care un genom poate produce o multitudine de forme. in functie de context.

In cele din urma, umilele coarne ale gandacului de balegar ne pot arunca o privire asupra mecanismelor care stau la baza complexitatii vaste a formelor de animale, inclusiv oamenii.

Ce ne invata gandacii de balegar despre genetica diferentelor de sex

On / off, barbat / femeie

Doublesex in gandacii de balegar

Dincolo de sexul gandacului

Populare

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

10 melodii rock inspirate de evenimente groaznice