Новое исследование раскрывает механизм регуляции половой дифференцировки у пятнистого ножетелки

Новое исследование, опубликованное в International Journal of Biological Macromolecules, определило регуляторный механизм половой дифференцировки у важной в аквакультуре рыбы — пятнистого ножетелки (Oplegnathus punctatus) с системой половых хромосом X₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y.

Хотя ранее было показано ключевое участие семейства транскрипционных факторов Doublesex mab-3 related (DMRT) в определении и дифференцировке мужского пола, их роль у O. punctatus с Y-фузионной хромосомой оставалась неясной.

Чтобы понять механизмы определения и дифференцировки пола у рыб с системой X₁X₂Y, команда под руководством профессора Ли Цзюня провела комплексное исследование, включавшее:

• Сканирование геномных вариаций у самок и самцов.
• РНК-секвенирование (транскриптомику) гонад.
• Взвешенный корреляционный сетевой анализ (WGCNA) временных рядов развития гонад.
• Идентификацию и анализ членов генных семейств.
• Биологическую верификацию методами FISH (флуоресцентная гибридизация in situ) в клетках гонад и RNAi (интерференция РНК).

Исследователи создали базу данных транскриптомных различий мужских и женских гонад на всех стадиях развития. С помощью WGCNA они построили регуляторную сеть дифференциально экспрессируемых генов в сложной хромосомной системе X₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y, выявив ключевые гены, регулирующие развитие мужских гонад у этого вида: dmrt1, amhr2/amh, acvr1, nanos3.

Анализ полногеномного сканирования выявил семь членов семейства генов dmrt у пятнистого ножетелки: dmrt1/2 (2a, 2b)/6, dmrt4/5 и dmrt3. На основе хромосомного распределения этих генов ученые впервые предположили, что у этого вида произошло три события дупликации генома.

Сканирование также идентифицировало связанный с полом ген amhr2 на фузионной хромосоме (Y). Транскриптомный анализ на протяжении развития гонад, подтвержденный qPCR и FISH, валидировал значительную роль гена dmrt1 в половой дифференцировке гонад у самцов и самок в системе X₁X₂Y.

Последующие эксперименты с использованием dsRNAi для dmrt1 показали, что его нокдаун не только не подавлял гены, связанные с мужским полом, но и значимо повышал экспрессию генов, тесно ассоциированных с мужской дифференцировкой (например, sox9a, sox9b, amh, amhr2), а также ключевого гена синтеза тестостерона hsd11b2.

Это указывает на существование дополнительного ключевого пути, помимо dmrt1, который способствует мужской дифференцировке и поддерживает синтез тестостерона у пятнистого ножетелки с системой X₁X₂Y. Примечательно, что воздействие на dmrt1 приводило к устойчивой и эффективной экспрессии системы amhr2/amh, локализованной на мужской гетероморфной хромосоме Y, что указывает на её незаменимую роль в процессе половой дифференцировки.

Выводы исследования:

• Впервые раскрыто происхождение и эволюционная картина семейства генов DMRT у рыб семейства Oplegnathidae.
• Систематически объяснена роль гена dmrt1 в процессе половой дифференцировки пятнистого ножетелки.
• Построена регуляторная сеть половой дифференцировки у рыб с системой X₁X₂Y, опосредованная dmrt1.

Полученные результаты углубляют понимание регуляции половой дифференцировки у рыб с системой фузионных хромосом (X₁X₁X₂X₂/X₁X₂Y) и закладывают важную основу для дальнейшего изучения механизмов определения и дифференцировки пола у рыб с фузионными хромосомами (Y) в системе X₁X₂Y.