Ученые определили «горячие точки» ДНК, которые заставляют рыбок данио менять пол

Ученые определили «горячие точки» ДНК, которые заставляют рыбок данио менять пол

Более высокие температуры воды индуцируют специфические химические метки в целевых местах ДНК эмбрионов рыбок данио. Эти «эпигенетические» изменения могут затем перенаправить генетические пути, так что эмбрионы изменят пол. Это открытие, сделанное в Frontiers in Cell and Developmental Biology , представляет не только фундаментальный научный интерес. Это также важно для сохранения, так как влияние температуры на определение пола может быть верным путем к катастрофе для видов, живущих в условиях быстрых климатических изменений.

Первый автор исследования, доктор Шахрбану Хоссейни, исследователь с докторской степенью в группе молекулярного животноводства и диагностики факультета зоотехники Геттингенского университета, говорит, что «здесь мы показываем, что эпигенетические модификации влияют на изменение соотношения полов между семействами рыбок данио. Это означает, что взаимодействие между генотипом и окружающей средой при определении пола опосредовано эпигенетикой».

Из школьной биологии большинство из нас знакомо с хромосомным определением пола, например, с системой XX/XY у млекопитающих. Но у многих видов пол частично или полностью определяется окружающей средой. Там гены могут предрасполагать к определенному полу, но могут быть «отменены» влиянием окружающей среды, например температуры или плотности населения. Но с помощью каких механизмов окружающая среда может оставить свой след в геноме таких видов?

Здесь Хоссейни и его коллеги показывают, что у рыбок данио, модельного вида, ответы, по-видимому, заключаются в метилировании ДНК. Они демонстрируют, что высокая температура способствует добавлению метильных групп ко многим нуклеотидным основаниям C (цитозинам) в регуляторных участках ДНК. Там метилирование обычно снижает экспрессию нижестоящих генов.

У рыбок данио вылупляются эмбрионы с рудиментарными яичникоподобными гонадами. Но в зависимости от «взаимодействия» между многими определяющими пол генами (разбросанными по хромосомам) и окружающей средой, люди могут рассасывать эти протояичники и развивать яички, становясь, таким образом, самцами.

Для каждого из 17 семейств рыбок данио Hossein et al. вырастили одно поколение от оплодотворения до взрослой жизни примерно через 3,5 месяца. Каждая семья состояла примерно из 200 полных братьев и сестер. Температура воды составляла 28 °C, за исключением того, что половина эмбрионов в каждой семье подвергалась кратковременному воздействию температуры 35 °C в возрасте от 5 до 24 часов — критическое временное окно. Соотношение полов взрослых сильно различалось между семьями, но во многих семьях процент мужчин стал на 15–20% выше после кратковременного воздействия температуры 35 ° C. По сути, влияние более высокой температуры «преодолело» генетическую предрасположенность некоторых людей, заставив их изменить пол на мужской. Но какие взрослые самцы были «рождены» самцами, а какие наоборот, в настоящее время определить невозможно.

Затем исследователи выбрали для экспериментов одну семью с преобладанием женщин и одну семью с преобладанием мужчин. Они вырезали яичники и семенники рыбок данио из каждого из двух семейств отдельно для двух обработок. Они выполнили метод бисульфитного секвенирования (BS-Seq) ДНК в 72 из этих образцов гонад, чтобы определить долю метилированных цитозинов в геноме. Они сосредоточились на 174 отобранных генах, участие которых в определении пола предполагалось в более ранних исследованиях. Они также рассмотрели промоторные области генов в целом, где известно, что метилирование ДНК важно для регуляции экспрессии генов.

Хоссейни и др. смогли идентифицировать 54 гена, которые являются «горячими точками» для перекрестных помех между окружающей средой и генами, предрасполагающими к тому или иному полу. Здесь метилирование ДНК, вызванное более высокими температурами во время эмбрионального развития, может изменить соотношение полов, давая выводки с преобладанием самцов. Было показано, что многие из идентифицированных здесь генов важны для репродукции или регуляции метилирования ДНК.

Соавтор, доктор Ахмад Реза Шарифи, ученый из того же отдела, говорит, что их «результаты впервые демонстрируют, что существование семей рыбок данио с преобладанием самцов и самок является следствием межсемейных различий в степени метилирования ДНК генома».

Соавтор профессор Бертрам Брениг, директор Института ветеринарной медицины Геттингенского университета, пришел к выводу, что их «результаты показывают, что эпигенетические регуляторные механизмы, такие как метилирование ДНК, важны для формирования пола у видов с детерминацией пола в зависимости от генотипа окружающей среды». как рыбка данио».

Исследователи подозревают, что их результаты могут быть распространены на другие виды с системой определения пола « гены в зависимости от окружающей среды» , например, ящериц, крокодилов и рыб, таких как нильская тиляпия, японская камбала, европейский морской окунь и африканский сом.

Брениг предупредил, что «поскольку их система определения пола чувствительна к температуре, такие виды подвергаются большему риску вымирания, когда они производят неадекватное, сильно искаженное соотношение полов в соответствии с прогнозируемым сценарием глобального потепления».

Актуальные новости России и мира