雄性和雌性为什么长得不一样?基因编辑成功解密

科技工作者之家 2017-11-12

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▲9日龄、完全成熟的大型溞在明视野(顶端)、GFP滤镜(中间)和mCherry滤镜(底部)下的照片。

动物性二型的例子不胜枚举,如狮子浓密的鬃毛,孔雀五彩斑斓的尾羽。日本大阪大学教授Hajime Watanabe致力于从基因层次探究雌性和雄性为什么长得不一样。他在最近发表的两篇论文中报道了大型溞(Daphnia magna)体内一个名为doublesex1的基因的分子调控和空间表达。这种古老的甲壳类动物为解释动物界性二型的进化提供了依据。

日本大阪大学教授Hajime Watanabe说:“性别决定可以大致分为两类:遗传性别决定和环境性别决定(environmental sex determination, ESD)。”

大型溞(Daphnia magna)通常只通过无性繁殖产生雌性后代。但在环境胁迫条件下,如食物短缺,它们也能运用ESD无性繁殖出雄性个体,以便有性繁殖。

在Watanabe的第一项研究中,该团队通过基于TALEN基因的编辑技术,成功地对doublesex1基因进行荧光染色,以实时观测大型溞胚胎中doublesex1基因的空间表达。这项研究展示了doublesex1基因最初在胚胎中表达的时间和部位,以及该表达如何随时间变化而产生雄性特征。“我们的研究表明doublesex1只在特定的时间和部位表达。”Watanabe说。

虽然两性都携带doublesex1基因,但该基因在雄性中的时序表达更长,表明某些因子在两性中的表现有所不同。Watanabe的第二项研究证实了doublesex1基因的表达受转录因子调控。众所周知,Vrille基因在个体生长及昼夜节律方面起一定的作用,而Watanabe的研究小组发现,抑制Vrille基因在雄性胚胎发育过程中的表达或强迫其在雌性发育胚胎中表达,均会使胚胎呈现出异性的迹象,并改变了doublesex1的表达。

实验中的大多数胚胎都死亡了,很可能是因为Vrille基因对除了性发育以外的许多其他生物功能同样起着至关重要的作用。但实验数据清晰地展示了,Vrille基因通过基因选配激活了doublesex1基因的转录。

他补充说:“基因选配是一种让基因获得新功能的进化方式。人类身体中没有Vrille基因,但存在一个同源基因E4BP4/NFLIL3。在大型溞中研究基因协同选择,有助于我们理解人类E4BP4/NFLIL3基因的进化过程。”

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编译:灯丝   编辑:张梦

来源:www.sciencedaily.com

基因 雄性 磁性 动物性二型 大型溞

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