Kønsroller i oldtiden

To nye undersøgelser fra Osaka University-forskere giver indsigt i, hvorfor mandlige og kvindelige kroppe af samme art adskiller sig. Undersøgelserne viser faktorer, der regulerer udtrykket af dobbeltkøn1, et gen, der er ansvarligt for væksten af ​​mandlige egenskaber i det gamle krebsdyr Daphnia magna og den efterfølgende rumlige ekspression af doublesex1 i embryoudvikling. Undersøgelserne giver information om, hvordan miljøet forårsager genetiske ændringer for kønspræference og udviklingen af ​​seksuel dimorfi.

Den rige løve manke, den farverige hale af en påfugl, eksempler på seksuel dimorfi er rigelige. Osaka University Professor Hajime Watanabe har forsket i de gener, der er grundlaget for, hvorfor mandlige og kvindelige kroppe af samme art adskiller sig. I to nye aviser, hans laboratorium rapporterer molekylær regulering og rumlig ekspression af det passende navn, dobbeltseks1, i Daphnia magna. Dette gamle krebsdyr giver en model til at forklare udviklingen af ​​seksuel dimorfi i dyreriget.

"Kønsbestemmelse kan bredt opdeles i to kategorier:genetisk kønsbestemmelse og miljømæssig kønsbestemmelse (ESD), " siger Watanabe.

Under normale forhold, Daphnia magna formerer sig ukønnet til kun at danne hunner. Imidlertid, i tider med høj stress, såsom mangel på mad, det vil anvende ESD til også at producere aseksuelt mænd, som vil bidrage til seksuel reproduktion.

I den første undersøgelse, ved hjælp af TALEN-baseret genredigering, gruppen knyttede med succes en fluorescerende reporter til doublesex1-genet for at se den rumlige ekspression af doublesex1 i Daphnia magna-embryoet i realtid. Undersøgelsen viser, hvornår og hvor i embryoet doublesex1 første gang udtrykkes, og hvordan dette udtryk ændrer sig med tiden for at producere mandlige træk.

"Vores resultater tyder på en tids- og stedspecifik rolle for doublesex1. Genet rekrutteres kun, når og hvor det er nødvendigt, " siger Watanabe.

Resultaterne deler udtrykket af dobulesex1 for mandlig udvikling i seks stadier, inklusive to tidligere uidentificerede stadier, stomodeal invagination og cumulus migration.

Selvom begge køn bærer genet, det tidsmæssige udtryk for dobbeltkøn1 er meget længere hos mænd end hos kvinder, tyder på, at visse faktorer opfører sig forskelligt hos de to køn. I den anden undersøgelse, Watanabe viser, at transkriptionsfaktoren er ansvarlig for at udtrykke dobbeltkøn1. Vrille er kendt for at have en rolle i vækst og døgnrytmer, men gruppen opdagede, at den er følsom over for miljøstress. Watanabes team fandt ud af, at undertrykkelse af Vrille-ekspression i mandligt udviklende embryoner eller tvang dets ekspression i embryoner, der udviklede kvinder, fik embryonerne til at vise tegn på det modsatte køn og ændre doublesex1-udtrykket.

De fleste af embryonerne i eksperimenterne døde, sandsynligvis fordi Vrille er afgørende for mange andre biologiske funktioner udover kønsudvikling, men data, Watanabe siger, gjorde det klart, at Vrille aktiverer transkriptionen af ​​doublesex1 gennem gen-co-option.

"Gen-co-option er en evolutionær metode, hvorigennem gener får nye funktioner. Mennesker har ikke Vrille. De har en ortolog, E4BP4/NFLIL3, " han siger, tilføjer, at undersøgelse af denne ko-option i Daphnia magna kunne give indsigt i udviklingen af ​​E4BP4/NFLIL3 hos mennesker.

Resultaterne af undersøgelserne stemmer overens med andre dyr og, Watanabe understreger, støtte brugen af ​​Daphnia magna til at studere udviklingen af ​​seksuel dimorfi.

"En række grupper har undersøgt udviklingen af ​​kønsspecifikke træk i modelorganismer som mus og Drosophila. Disse modeller er informative, men de er ikke egnede til at studere evolution. Daphnia magna har en mere forfædres position og unikt kønssystem, " han siger.