Функция и эволюция генетического переключателя, контролирующего половую диморфную дифференцировку глаз у медоносных пчел.

Nature Communications, том 14, номер статьи: 463 (2023) Цитировать эту статью

2657 Доступов

1 Цитаты

78 Альтметрика

Подробности о метриках

У животных развиваются морфологические структуры, специфичные для пола, которые различаются у разных организмов. Однако понимание онтогенетических и эволюционных механизмов, управляющих этими признаками, по-прежнему ограничено и в значительной степени ограничено генами домена DM, которые являются консервативными, специфичными для пола регуляторами развития, идентифицированными в генетических моделях. Здесь мы сообщаем о гене-регуляторе развития, специфичном для пола, glubschauge (glu), который избирательно регулирует половую диморфную дифференцировку глаз у медоносных пчел. Мы обнаружили, что феминизатор гена определения пола (fem) контролирует специфичный для пола сплайсинг транскриптов gl, устанавливая генетический переключатель, при котором белки Glu с доменом цинкового пальца (ZnF) экспрессируются только у женщин. Мы показали, что женская кодирующая последовательность необходима и достаточна для частичной феминизации. Сравнительные исследования последовательности и функциональные исследования показали, что за эволюционным возникновением генетического переключателя последовало мутационное происхождение существенного домена ZnF. Наши результаты показывают, что glu представляет собой недавно возникший генетический переключатель, специфичный для пола, для регионально-специфической регуляции диморфного характера.

Морфологические различия между самцами и самками очень распространены в животных организмах. Развитие такого полового диморфизма прямо или косвенно повышает приспособленность носителя. Увеличенные рога некоторых жуков, а также цветной рисунок и размер павлиньего хвоста представляют собой интригующие примеры таких половодиморфных структур. Эволюционное появление новых половых признаков у разных линий животных устанавливает значительные различия между организмами. Однако наши знания о молекулярных механизмах развития и эволюции, управляющих половым диморфизмом, все еще ограничены. Частично это связано с тем, что работа была сосредоточена на ограниченном числе признаков полового диморфизма, а систематические поиски регуляторов развития проводились на очень небольшом количестве генетических моделей.

Определение пола устанавливает бинарный сигнал, который обычно передается через каскад генов на специфично контролируемые по полу регуляторы развития, ответственные за опосредующие аспекты половой дифференциации1,2,3. У позвоночных путь определения пола определяет пол гонады. Гонады вырабатывают половые гормоны, которые регулируют сексуальную судьбу негонадных тканей. У беспозвоночных первичный сигнал определения пола передается регуляторам развития, которые являются факторами транскрипции. Результатом является чисто клеточное автономное, но скоординированное решение о сексуальной судьбе. Одним из ключевых регуляторов развития полового диморфизма у беспозвоночных является ген домена DM1,2,4. Этот ген кодирует транскрипционный фактор типа домена DM с переплетенным ДНК-связывающим доменом типа мотива цинкового пальца и участвует в спецификации репродуктивных органов1,5. Половые диморфизмы, регулируемые генами домена DM в других частях тела, включают морфогенез самцов у Caenorhabditis elegans6,7, специфичную для самцов антенну и копулятивный грудной крючок у ракообразных Daphnia magna8, половые гребни на передних ногах самцов у Drosophila melanogaster9,10, половой диморфизм. преувеличенные роговые структуры у некоторых жуков11,12,13 и другие характеристики4,14,15,16,17,18. Общая особенность, которая вытекает из этих исследований, заключается в том, что гены домена DM являются регуляторами развития, которые действуют как генетические переключатели, специфичные для пола, поскольку они обеспечивают активность, либо ограниченную одним полом (состояния активности ВКЛ или ВЫКЛ), либо различную между полами. Систематические скрининги показали, что ген doublesex (dsx) (который является одним из генов домена DM у насекомых) является основным регулятором половой дифференциации у D. melanogaster, поскольку он определяет почти все признаки полового диморфизма у этого вида19,20. Однако то, как регулируются другие половые диморфные характеристики, в значительной степени неизвестно.