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揭开乌龟性别的奥秘

发布时间:2018-10-09 阅读数:365

神奇!温度能决定乌龟的性别?

不要太惊讶,确有其事。先来说说乌龟这个品种,它属于变温动物,也是冷血动物,在龟蛋孵化的过程中,温度起着重要作用。温度的高低影响胚胎的发育,在22~33℃范围内温度越高胚胎发育越快,孵化时间越短;反之,温度偏低,胚胎发育较慢,孵化时间越长。当温度达到23~27℃时,绝大部分稚龟呈雄性,而当温度在30~33℃时,绝大部分稚龟呈雌性。是不是很神奇?

其实,大部分龟类动物中都存在温度依赖型性别决定的现象,这个现象被科学家称为“TSD”现象。这个现象早在1966年就被一位法国学者Madeleine Charnier1919-2002)所发现。但是在此后长达半个多世纪的时间里,学术界却一直没有弄清楚背后的关键分子机理。究竟是哪个(些)基因负责启动未分化性腺向睾丸或卵巢分化?温度是如何调控这些基因的表达的呢?

来自浙江万里学院的钱国英、葛楚天团队通过基因功能鉴定,进一步证实Dmrt1是启动红耳龟雄性性腺分化的关键基因。因此,目前破译TSD机理的关键问题就变成:温度通过何种机制来激活或抑制这些基因的表达?他们以红耳龟为模型,探究Dmrt1在温度依赖型性别决定中的作用,该项目在2014年获得了省自然基金一般项目的经费支持。

201712月,项目顺利结题2018511日,浙江万里学院钱国英、葛楚天教授团队与美国杜克大学Blanche Capel教授团队合作,在《Science》杂志上发表题为 The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species”(组蛋白去甲基化酶KDM6B调控一种龟的温度依赖型性别决定)的研究论文,报道了龟类物种表观遗传机制与温度依赖性别决定之间的因果关系和直接遗传联系。

该团队前期通过新建立的基因功能研究方法,鉴定了一个启动中华鳖和红耳龟雄性性腺分化的关键基因Dmrt1Development, 2017Scientific Reports, 2017)。因此,破译TSD分子机制的关键在于解析温度通过何种机制激活或抑制性腺分化启动基因的表达。

表观调控机制,包括组蛋白修饰、DNA甲基化和非编码RNA,能将环境因素和基因表达联系起来,而TSD动物雌雄个体基因组DNA序列完全一致,性别性状却差异显著,因此表观遗传很可能参与调控TSD。钱国英、葛楚天教授团队发现,组蛋白H327位赖氨酸(H3K27)去甲基化酶KDM6B在红耳龟未分化性腺中呈现温度依赖型二态性表达分布,并且温度置换实验显示,在性腺分化前,KDM6B能快速响应温度变化。令人惊奇的是,他们通过RNA干扰将产雄温度(male-producing temperature, MPT)胚胎KDM6B敲低后发现,80-87%MPT胚胎出现雄性向雌性性逆转。他们还发现,KDM6B通过消除启动子区H3K27三甲基化标记,直接促进红耳龟雄性性别决定基因Dmrt1的表达。并且,Dmrt1的过表达能够恢复由Kdm6b缺陷引起的性逆转。

该项研究阐明了Kdm6b在红耳龟TSD中的生物学功能及其作用机制,为“表观遗传机制调控TSD”假说提供了首个直接的遗传证据,继而为进一步破译TSD机制奠定基础。而下一步要解决的极具挑战的关键科学问题可能就是要研究表观因子KDM6B是如何受温度调控的。

值得一提的是,Science杂志配发了题为“How does temperature determine sex? ”的评论文章,对上述工作给予了极高的评价,称该工作解开了TSD研究长达半个世纪的谜团

 

这是浙江万里学院的第一篇Science论文,同时也是宁波地区的第一篇Science文章。葛楚天教授为该论文的第一作者兼通讯作者。这位年轻的80后教授是浙江省高校中青年学科带头人,浙江省151人才工程第三层次,宁波市领军和拔尖人才第二层次,主要从事水生动物发育和生殖生物学研究,主要研究方向:(1)水生动物性别决定和性腺分化的分子机制;(2)温度依赖型性别决定分子基础;(3)水产动物性别控制和单性育种。主持国家自然科学基金、科技部星火计划、浙江省自然科学基金、浙江省科技厅项目等5项国家级省部级项目。在ScienceDevelopmentEndocrinologyBiol Reprod等学术期刊上发表论文20余篇,其中SCI收录12篇。获得国家发明专利2项。据悉,葛楚天教授近期又分别获得了2019年度国家自然基金面上项目和浙江省自然科学基金杰青项目的支持。


     

(作者:赵丽娜  通讯员: 钱昊 徐敏)

 

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