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我国科学家在Science期刊上发文,揭示孵育温度决定爬行动物性别的分子机制

来源:本站原创 2018-05-15 06:55

2018年5月15日/生物谷BIOON/---男孩还是女孩?对于那些想要影响宝宝性别的人来说,迷信和民间智慧提供大量建议---从吃什么到何时进行爱爱,不过这些建议的有效性即便在最好的情况下是值得怀疑的。但是有科学证据证实一些动物能够具有这种技能:在海龟和其他的爬行动物中,它们的卵经孵化后产生雄性后代还是雌性后代取决于它所在的巢穴温度。

与人类和大多数其他的哺乳动物不同的是,许多海龟、蜥蜴和短吻鳄的性别不是由它们所遗传的染色体决定的,而是由在敏感的发育阶段期间的环境温度决定的。比如,对常见的红耳彩龟而言,它们的卵在32℃孵育时产生的后代都是雌性的,然而当在26℃孵育时,这些卵产生雄性后代。这种现象在50多年前首次在爬行动物中发现,但直到现在,其中的分子细节仍然是个谜。

在一项新的研究中,来自中国浙江万里学院、杭州市水产技术推广站和美国杜克大学和的研究人员证实较低的孵育温度激活红耳彩龟的未成熟性器官(或者说生殖腺)中的一个称为Kdm6b的关键基因。它起着一种生物“开启”开关的作用,激活其他的允许睾丸发育的基因。相关研究结果发表在2018年5月11日的Science期刊上,论文标题为“The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species”。
图片来自Chutian Ge et al., Science, 11 May 2018, 360(6389):645-648, doi:10.1126/science.aap8328。

在之前的一项研究中,科学家们已发现几个基因的活性在一种温度下增加或下降,但在其他的温度下则不会。不过,在首批活性发生变化的基因当中,其中的一个基因是Kdm6b。在较低的产生雄性后代的孵育温度下,Kdm6b的活性显著增加,在较高的产生雌性后代的孵育温度下,它几乎被沉默了。

在这项新的研究中,这些研究人员利用浙江万里学院开发出的一种技术抑制红耳彩龟性器官中的Kdm6b基因并观察它如何影响它们的性发育。他们发现当生长中的海龟胚胎处于正常情形下产生雄性后代的孵育温度时,沉默Kdm6b基因会让它们产生雌性后代。

进一步的实验表明由Kdm6b基因编码的蛋白接着与一个称为Dmrt1的基因组区域相互作用,而Dmrt1起着一个启动睾丸发育的主开关的作用。他们发现Kdm6b通过修饰组蛋白激活Dmrt1主开关。在细胞核内,DNA缠绕在组蛋白上。

在很多物种中,组蛋白的尾部受到甲基修饰,从而使得DNA分子上的一些基因没有活性。Kdm6b基因移除这些抑制性的甲基基团和“松弛”这些组蛋白尾部,这会使得缠绕在组蛋白上的DNA更容易被访问和读取,从而激活Dmrt1主开关。

这些研究人员也在短吻鳄和松狮蜥等其他物种(它们的性别也依赖于孵育温度)中发现Kdm6b基因活性发生与温度相关的变化。这提示着类似的分子机制也在其他的爬行动物中发挥作用。

这些研究人员认为Kdm6b及其编码的蛋白本身并不感知热量或温度变化,这是因为较低的孵育温度会增加海龟的最终会发育为睾丸的未成熟性器官中的基因活性,但不会增加其他的正在发育的器官(如心脏或肝脏)中的基因活性。他们计划在未来的研究中寻找感知温度变化的触发物。(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Chutian Ge, Jian Ye, Ceri Weber et al. The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species. Science, 11 May 2018, 360(6389):645-648, doi:10.1126/science.aap8328

Arthur Georges, Clare E. Holleley. How does temperature determine sex?. Science, 11 May 2018, 360(6389):601-602, doi:10.1126/science.aat5993

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