Богатая грива льва, пестрый хвост павлина, примеры полового диморфизма многочисленны. Профессор Университета Осаки Хадзиме Ватанабе исследовал гены, лежащие в основе того, почему мужские и женские тела одного и того же вида различаются. В двух новых статьях его лаборатория сообщает о молекулярной регуляции и пространственной экспрессии гена с метким названием doublesex1 у Daphnia magna. Это древнее ракообразное служит моделью для объяснения эволюции полового диморфизма в животном мире.
«Определение пола можно в целом разделить на две категории: генетическое определение пола и определение пола в окружающей среде (ESD)», - говорит Ватанабэ.
В нормальных условиях Daphnia magna размножается бесполым путем, образуя только самок. Однако во время сильного стресса, такого как нехватка еды, он будет применять ESD для бесполого производства самцов, что будет способствовать половому размножению..
В первом исследовании, используя редактирование генов на основе TALEN, группа успешно прикрепила флуоресцентный репортер к гену doublesex1, чтобы наблюдать за пространственной экспрессией doublesex1 в эмбрионе Daphnia magna в режиме реального времени. Исследование показывает, когда и где в эмбрионе впервые проявляется двойной пол1, и как это выражение меняется со временем, вызывая появление мужских признаков.
"Наши результаты указывают на роль двойного секса в зависимости от времени и места1. Ген рекрутируется только тогда и там, где это необходимо", - говорит Ватанабэ.
Выводы разделяют экспрессию dobulesex1 для мужского развития на шесть стадий, включая две ранее не идентифицированные стадии, инвагинацию стомодеи и миграцию кумулюса.
Хотя оба пола несут ген, временная экспрессия doublesex1 намного дольше у мужчин, чем у женщин, что позволяет предположить, что определенные факторы действуют по-разному у двух полов. Во втором исследовании Ватанабэ продемонстрировал, что фактор транскрипции отвечает за экспрессию doublesex1. Известно, что Vrille играет роль в росте и циркадных ритмах, но группа обнаружила, что он чувствителен к стрессу окружающей среды. Команда Ватанабэ обнаружила, что подавление экспрессии Vrille у эмбрионов, развивающихся по мужскому типу, или форсирование его экспрессии у эмбрионов, развивающихся по женскому типу, приводит к тому, что эмбрионы проявляют признаки противоположного пола и изменяют экспрессию doublesex1.
Большинство эмбрионов в экспериментах погибли, вероятно, потому, что Vrille имеет решающее значение для многих других биологических функций, помимо развития пола, но данные, по словам Ватанабэ, ясно показали, что Vrille активирует транскрипцию doublesex1 посредством кооптации генов..
Кооптация генов - это эволюционный метод, посредством которого гены приобретают новые функции. У людей нет Врилле. У них есть ортолог, E4BP4/NFLIL3», - говорит он, добавляя, что изучение этого сочетания у Daphnia magna может дать представление об эволюции E4BP4/NFLIL3 у людей.
Результаты исследований согласуются с другими животными и, как подчеркивает Ватанабэ, поддерживают использование Daphnia magna для изучения эволюции полового диморфизма.
Ряд групп изучал развитие половых признаков у модельных организмов, таких как мыши и дрозофилы. Эти модели информативны, но они не подходят для изучения эволюции. Daphnia magna имеет более предковое положение и уникальная секс-система», - говорит он.