Первый ген, связанный с температурным определением пола у рептилий

У многих видов рептилий пол определяется температурой. Новое исследование, опубликованное в журнале GENETICS, идентифицировало первый ген, ассоциированный с температурно-зависимым определением пола у рептилий. Вариация в этом гене у каймановых черепах влияет на географические различия в том, как соотношение полов зависит от температуры. Понимание генетики определения пола может помочь предсказать, как рептилии будут эволюционировать в ответ на изменение климата.

У крокодилов, аллигаторов и некоторых видов ящериц и черепах эмбрион может стать самцом или самкой в зависимости от температуры, которую он испытывает в яйце. Быстрое изменение климата может угрожать будущему некоторых из этих видов, искажая соотношение полов. Например, по некоторым оценкам, рост температур в следующем столетии приведёт к тому, что расписные черепахи будут производить только самок. Такие виды могут также эволюционировать в ответ на изменение климата.

Однако мало что известно о том, как регулируется этот температурно-зависимый переключатель между яичниками и семенниками. Чтобы найти ключи к молекулярным механизмам этого процесса, руководитель исследования Тур Рен (Университет Северной Дакоты) и его коллеги изучали, как гены влияют на определение пола у обыкновенной каймановой черепахи. Преимущество этого вида в том, что пол определяется в короткое пятидневное окно во время 65-дневной инкубации яйца — температурно-чувствительный период. Если температура инкубации в этот период изменится с «мужской» (26.5°C) на «женскую» (31°C), все яйца вылупятся в самок.

В предыдущей работе команда идентифицировала ген CIRBP, который активируется в течение 24 часов после такого температурного сдвига. Два дня спустя несколько генов, участвующих в развитии яичников или семенников, либо активируются, либо подавляются. Новое исследование подтвердило, что CIRBP экспрессируется в нужное время (очень рано в температурно-чувствительный период) и в нужном месте (гонады), чтобы участвовать в определении пола.

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи изучили вариации последовательности ДНК гена CIRBP и их влияние на вероятность стать самцом или самкой.

Они обнаружили, что у некоторых черепах была слегка отличающаяся версия CIRBP: в определённой позиции последовательности «A» в четырёхбуквенном коде ДНК была заменена на «C».

Это изменение делало ген нечувствительным к температуре: вместо того чтобы индуцироваться «женской» температурой, «C»-версия гена оставалась на постоянном уровне.

Особи, несущие эту нечувствительную «C»-версию, с большей вероятностью становились самцами. Это однонуклеотидное различие между черепахами может объяснять около четверти генетической изменчивости в температурах определения пола, что предполагает, что активация CIRBP является ключевым событием в определении пола.

Примечательно, что этот вариант CIRBP может частично объяснить любопытный факт о каймановых черепахах: соотношение полов в популяциях с разных широт по-разному реагирует на температуру. Например, если собрать яйца черепах из Миннесоты и Луизианы и инкубировать их все в лаборатории при 27°C, яйца с севера дадут почти всех самцов, а с юга — в основном самок. Эта вариация предполагает, что субпопуляции вида эволюционировали и адаптировались к местному климату.

Команда обнаружила, что «C»-версия CIRBP была более распространена у черепах из северной Миннесоты, чем у тех, что жили в 250 милях к югу, и не была обнаружена в популяции из ещё более южного Техаса. Хотя это лишь небольшая выборка локаций, тренд согласуется с паттерном определения пола в каждой популяции: «A»-версия (которая делает черепах более склонными к становлению самками) была более распространена в популяциях, производящих самок при более низкой температуре.

Белок, кодируемый геном CIRBP (cold-inducible RNA-binding protein), вероятно, участвует в восприятии температуры и преобразовании её в сигнал развития для запуска формирования семенников или яичников, говорит Рен. Исследования на других организмах показывают, что этот белок может регулировать температурно-зависимые процессы, связываясь с РНК-«посланиями», производимыми определёнными генами.

«CIRBP, по-видимому, играет решающую роль в определении пола, — говорит Рен. — Поразительно то, что мы видим последовательную ассоциацию на нескольких уровнях биологии: вариация на уровне ДНК влияет на активацию гена (экспрессию в РНК-послания), что, в свою очередь, коррелирует с тем, станет ли черепаха самцом или самкой. Эта ассоциация с полом сохраняется, смотрим ли мы на отдельных особей или семьи, и мы даже видим различия на уровне популяции».

Но данные показывают, что CIRBP — не единственный ген, важный для определения пола у каймановых черепах. «Существует распространённое заблуждение, что должна быть одна «волшебная пуля» — ген, определяющий пол в ответ на температуру, — говорит Рен. — Наши данные предполагают, что множественные температурные сенсоры контролируют пол, действуя вместе. Мы пытаемся идентифицировать другие компоненты этой системы и определить, как они взаимодействуют, чтобы влиять на пол. Лучшее понимание вариаций в этих генах может однажды позволить нам предсказать, как виды рептилий будут эволюционировать в новых климатических условиях».