Замислите лава: Мужјак има раскошну гриву, женка нема. Ово је класичан пример онога што биолози називају сексуалним диморфизмом - два пола исте врсте показују разлике у облику или понашању. Мушки и женски лавови прилично дијеле исте генетске информације, али изгледају сасвим другачије.
Навикли смо да размишљамо о генима који су одговорни за особине које организам развија. Али различити облици црте - грива или никаква грива - могу настати из практично идентичних генетских информација. Даље, особине нису једнако сексуално диморфне. Иако су репови пауна и пауна изузетно различити, на пример, њихова стопала су приближно иста.
Разумевање начина на који настаје ова варијација форме - што генетичари називају фенотипском варијацијом - је пресудно за одговор на неколико научних питања, укључујући како се појављују нове особине током еволуције и како сложене болести настају током живота.
Дакле, истраживачи су пажљивије погледали геном, тражећи гене одговорне за разлике између пола и између особина унутар једног пола. Кључ ових сексуално-диморфних особина чини се да је врста протеина који се зове фактор транскрипције, а чији је посао укључивање и искључивање гена.
У нашем сопственом раду са гнојевима, моји колеге и ја размрсимо како ти фактори транскрипције заправо воде ка различитим особинама које видимо код мушкараца и жена. Много тога има везе са нечим што се назива „алтернативно спајање гена“ - феномен који омогућава да један ген кодира за различите протеине, зависно од тога како се грађевни блокови спајају заједно.
Ген доублесек производи визуелно очигледан сексуални диморфизам у лептирима Папилио политес, уобичајеном Мормону. Женска (горе), мушкарац (одоздо). (Јееван Јосе, Керала, Индија, ЦЦ БИ-СА) Током година, различите групе научника самостално су радиле са различитим животињама на идентификацији гена који обликују сексуални идентитет; схватили су да многи од ових гена деле специфичну регију. Пронађена је ова генска регија и у гену за црва маб-3, и у генском инсекту доублесек, па су именовали сличне гене који садрже ову регију гени ДМРТ, за „фактори транскрипције повезани са доублесек маб“.
Ови гени кодирају ДМРТ протеине који укључују или искључују читање или експресију других гена. Да би то постигли, траже гене у ДНК, везују се за те гене и олакшавају или теже приступају генетским информацијама. Контролом који су делови генома експримирани, ДМРТ протеини доводе до производа карактеристичних за мушкост или женскост. Одговарају изразу гена правом полу и особини.
ДМРТс готово увек дају мушкост. На пример, без ДМРТ, ткиво тестиса код мушких мишева се погоршава. Када се ДМРТ експериментално производи код женских мишева, они развијају ткиво тестиса. Овај посао промоције развоја тестиса заједнички је код већине животиња, од риба и птица до глиста и глиста.
ДМРТ-и чак дају мушкост код животиња код којих јединке развијају тестисе и јајнике. Код риба које испољавају секвенцијални хермафродитизам - где се гонаде мењају из женских у мушке или обрнуто, код исте јединке - депилацијом и смањивањем ДМРТ експресије долази до појаве и регресије ткива тестиса. Слично томе, код корњача које постану мушко или женско на основу температура доживљених у јајету, ДМРТ се производи у гениталном ткиву ембриона изложених температурама које подстичу мушкарце.
Код инсеката је ситуација мало другачија. Прво, улога ДМРТ-а ( доублесек ) у стварању сексуалног диморфизма се проширила изван гонада на остале делове тела, укључујући и део уста, крила и чекиње за парење, прикладно назване "сексуални чешљеви".
У зависности од начина на који се комадићи састављају, један ген може резултирати бројним различитим протеинима. (Црис Ледон-Реттиг, ЦЦ БИ-НД) Друго, мушки и женски инсекти генерирају сопствене верзије протеина доублесек-а помоћу такозваног "алтернативног спајања гена". Ово је начин да један ген кодира више протеина. Пре него што се гени претворе у протеин, они се морају укључити; то јест, преписано у упутства о томе како да изградите протеин.
Али упутства садрже и корисне и туђе области информација, тако да корисни делови морају бити спојени заједно да би се створиле последње инструкције о протеинима. Комбиновањем корисних региона на различите начине, један ген може произвести више протеина. Код мушких и женских инсеката, ово алтернативно спајање гена доводи до тога да се двоструки протеини понашају различито у сваком полу.
Дакле, код женки упутства гена за доублесек могу укључивати одељке 1, 2 и 3, док би код мушкараца иста инструкција могла укључивати само 2 и 3. Различити протеини који би резултирали утицали би на сваки део генетског кода су укључени или искључени - на пример, мужјак с великим устима и женска особа, на пример.
Како мушки и женски облици двоструког регулисања гена регулишу гене тако да производе мушке и женске особине? Наша истраживачка група одговорила је на ово питање употребом гноја гноја, којих је изузетно много у врстама (преко 2.000), широко распрострањеним (обитавају на свим континентима осим Антарктика), свестранима (конзумирају сваку врсту гноја) и показују задивљујућу разноликост у сексуално диморфном својству: рогови .
Захваљујући дуплексном гену, у јелењачици Цицломматус металлифер мандибуле мужјака (десно) су много веће него код женки (лево). (хттп://дк.дои.орг/10.1371/јоурнал.пген.1004098) Усредсредили смо се на бика гноја Онтхопхагус таурус, врсту у којој мужјаци производе велике, рогове сличне главама, али женке остају без рога. Открили смо да двоструки протеини могу да регулишу гене на два начина.
У већини особина регулише различите гене код сваког пола. Овде, доублесек не делује као "прелаз" између два могућа сексуална исхода, већ уместо тога давање мушкости и женствености сваком сполу независно. Другим речима, ове особине се не суочавају са бинарном одлуком између постајања мушкараца или жена, већ су једноставно асексуалне и спремне за даља упутства.
Прича је другачија за рогове гноја. У овом случају, доублесек делује више као прекидач, регулишући исте гене у оба пола, али у супротним смеровима. Женски протеини супресионирани гени код жена које би у супротном промовисао мушки протеин код мушкараца. Зашто би постојао еволутивни подстицај за ово?
Наши подаци су наговештавали да женски протеини са двоструким сексом то чине да би избегли оно што је познато као "сексуални антагонизам". Природна селекција фаворизује особине које повећавају опстанак, док сексуални избор фаворизује особине које повећавају приступ пријатељима.
Понекад се те снаге слажу, али не увек. Велики рогови мужјака О. тауруса повећавају њихов приступ пријатељима, али исти рогови би били гњаважа женама које морају подићи тунел под земљом да би подигле своје потомство. Ово ствара тензију међу половима, или сексуални антагонизам, који ограничава свеукупну подобност врсте. Међутим, ако женски двоструки протеин искључи „гене“ гена који су код мушкараца одговорни за раст рогова, читава се врста чини бољом.
Наше истраживање у току говори о томе како се развио двоструки секс стварајући огромну разноликост у сексуалном диморфизму код гноја. Код различитих врста рогови се налазе у различитим деловима тела, расту различито као реакција на различиту квалитетну исхрану, а могу се појавити и код жена, а не код мушкараца.
На пример, у Стрелцу Онтхопхагус женка расту значајни рогови, док мужјаци остају без рога. Ова врста је удаљена само пет милиона година од О. тауруса, што је само кап времена у еволуцијској канти за инсекте. Из перспективе, бубе су се одвојиле од мува пре око 225 милиона година. Ово сугерише да се двоструки секс може брзо развити да би стекао, пребацио или модификовао регулацију гена који су у основи развоја рога.
Како ће нам разумевање улоге дуалсекса у сексуално диморфним особинама инсеката помоћи да разумемо фенотипску варијацију код других животиња, чак и људи?
Упркос чињеници да су ДМРТ спојени као само један облик код сисара и делују превасходно код мужјака, већина осталих људских гена је алтернативно спојена; Баш као и код двосексуалних гена инсеката, већина људских гена има различите регионе који се могу спојити у различитим редоследима, уз различите резултате. Алтернативно спојени гени могу да имају различите или супротстављене ефекте на основу пола или особине у којој се изражавају. Разумевање како се протеини који настају алтернативно зачињеним генима понашају се у различитим ткивима, споловима и окружењима ће открити како један геном може произвести мноштво облика зависно од контекста.
На крају, рогови хуманог гноја бубе могу нам завирити у механизме који леже у огромној сложености животињских облика, укључујући и људе.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Црис Ледон-Реттиг, постдокторанд биологије, Универзитет Индиана, Блоомингтон
