Teamet undersøger kønsbestemmelsesmekanismer hos fugle

Forskere har vidst, at kønsbestemmelse hos hvirveldyr sker i kønscellerne, en krops kønsceller og de somatiske celler, de celler, der ikke er kønsceller. Alligevel har de ikke helt forstået de mekanismer, hvorved det sker. For bedre at forstå processen med kønscellens kønsbestemmelse har et forskerhold analyseret kønsceller i kyllinger ved hjælp af RNA-sekventering for at forudsige den mekanisme, der bestemmer køn. Deres undersøgelse giver indsigt i mekanismen for kønsbestemmelse hos fugle.

Hiroshima Universitys forskerhold offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet Scientific Reports den 17. august 2022.

"Selvom tidligere undersøgelser har vist, at kyllinges primordiale kønsceller har et karakteristisk træk ved kønsbestemmelse, er dens mekanisme stadig uklar. For at løse denne udfordring afslørede vi genekspressionsprofiler af mandlige og kvindelige primordiale kønsceller afledt af tidlige kyllingeembryoner og forudsagde derefter kønsbestemmelsesmekanisme," sagde Kennosuke Ichikawa, en postdoc-forsker ved Genome Editing Innovation Center, Hiroshima University. Denne forskning er den første til at forudsige kønsbestemmelsesmekanismen ved at sammenligne genekspressionsprofilerne for fugle-primordiale kønsceller på hvert fosterstadie, såvel som ved at bruge en stimulationstest.

Fugle har unikke mekanismer til kønsbestemmelse, der er forskellige fra pattedyr. Hos pattedyr, som har et XX (hun)-XY (mandligt) kønskromosomsystem, afhænger deres kønsbestemmelse af Y-kromosomets virkning. Hos fugle, som har et ZZ (han)-ZW (hun) kønskromosomsystem, afhænger deres køn af Z-kromosomets virkning. Alligevel er den molekylære mekanisme for kønsbestemmelse stadig uklar. Udviklingen af ​​de reproduktive kirtler kaldet kønskirtler, til enten æggestokke eller testikler, og udviklingen af ​​andre seksuelle karakteristika er i det mindste delvist celleautonome. Forskernes undersøgelse af kønsbestemmelsesmekanismen hos fugle giver dem indsigt i udviklingen af ​​kønsbestemmende mekanismer for hvirveldyr.

For at undersøge de mekanismer, der ligger til grund for kønsbestemmelse i fuglekimsceller, rensede holdet mandlige og kvindelige primordiale kønsceller fra blodet og gonaderne ved hjælp af fluorescensaktiveret cellesortering. Med denne proces opnåede de en renhed på mere end 96%. De bestemte genekspressionsprofiler for de primordiale kønsceller på hvert udviklingsstadium for hvert køn ved hjælp af RNA-sekventeringsanalyse, hvor næste generations sekventering bruges til at undersøge mængden og sekvenserne af RNA i en prøve. Then, the researchers predicted the sex-determination mechanism of the primordial germ cells using bioinformatic analysis, where computer tools are used to understand biological data. To evaluate the prediction, they stimulated male primordial germ cells with retinoic acid in vitro, and examined the changes in gene expression.

Before settling in the gonads, the female circulating primordial germ cells obtained from blood displayed sex-biased expression. The primordial germ cells from the gonads also exhibited sex-biased expression, and the number of female-biased genes detected was higher than that of male-biased genes. The team realized that the female-biased genes in the primordial germ cells were enriched in some metabolic processes. To reveal the mechanisms underlying this process, the researchers performed stimulation tests.

The team used retinoic acid to stimulate the cultured primordial germ cells collected from male embryos. This stimulation resulted in the upregulation—the process where a cell's components increase—of several female-biased genes. Overall, their results suggest that sex determination in avian primordial germ cells involves aspects of both cell-autonomous and somatic-cell regulation. Moreover, it appears that sex determination occurs earlier in females than in males.

"We successfully predicted female-specific potential processes and pathways in chicken primordial germ cells. We believe our data set can significantly contribute to elucidating the avian sex determination mechanism," said Ichikawa.

Looking ahead to future work, the team plans to use the data set to identify the key molecules directly inducing the feminization of chicken primordial germ cells. "The ultimate goal of this study is to elucidate the sex determination mechanism and then establish a sex selection method in chickens using genome editing targeting the key molecules," said Ichikawa. + Udforsk yderligere

Male-biased protein expression discovered in fruit flies