Учёные выявили ДНК-"горячие точки", которые заставляют рыб данио менять пол в тёплой воде
Повышенная температура воды вызывает появление специфических химических меток в определённых местах ДНК эмбрионов рыб данио. Эти "эпигенетические" изменения могут перенаправлять генетические пути, заставляя эмбрионы менять пол. Это открытие, опубликованное в Frontiers in Cell and Developmental Biology, имеет значение для сохранения видов, поскольку влияние температуры на определение пола может стать катастрофой для видов, переживающих быстрые климатические изменения.
Ведущий автор исследования, доктор Шахрбану Хоссейни, отмечает: "Мы показываем, что эпигенетические модификации влияют на вариацию соотношения полов между семьями данио. Это подразумевает, что взаимодействие между генотипом и средой в определении пола опосредовано эпигенетикой".
Гены взаимодействуют со средой для определения пола
У многих видов пол частично или полностью определяется средой. Гены могут предрасполагать к определённому полу, но могут быть "переопределены" влиянием среды, например, температуры. Хоссейни и коллеги показывают, что у рыбок данио ответ, по-видимому, кроется в метилировании ДНК. Высокая температура вызывает добавление метильных групп ко многим нуклеотидам C (цитозинам) в регуляторных участках ДНК, что обычно снижает экспрессию нижележащих генов.
У данио эмбрионы вылупляются с рудиментарными гонадами, похожими на яичники. Но в зависимости от "перекрёстных помех" между множеством генов, определяющих пол, и окружающей средой, особи могут резорбировать эти прото-яичники и развить семенники, становясь самцами.
Высокие температуры стимулируют смену пола
Для каждого из 17 семейств данио исследователи вырастили одно поколение от оплодотворения до взрослой особи (около 3,5 месяцев). В каждом семействе было примерно 200 полных сибсов. Температура воды составляла 28 °C, за исключением того, что половина эмбрионов в каждом семействе временно подвергалась воздействию 35 °C в возрасте от 5 до 24 часов — критического временного окна. Соотношение полов у взрослых особей сильно различалось между семьями, но во многих семьях процент самцов становился на 15–20% выше после кратковременного воздействия 35 °C. Влияние более высокой температуры "переопределило" генетическую предрасположенность некоторых особей, заставив их сменить пол на мужской.
Затем исследователи отобрали одно семейство со смещением в сторону самок и одно — со смещением в сторону самцов для экспериментов. Они провели бисульфитное секвенирование (BS-Seq) ДНК в 72 образцах гонад, чтобы определить долю метилированных цитозинов в геноме, сосредоточившись на 174 генах, предположительно вовлечённых в определение пола.
Были идентифицированы 54 гена, которые являются "горячими точками" для взаимодействия между средой и генами, предрасполагающими к тому или иному полу. Метилирование ДНК, вызванное повышенными температурами во время эмбрионального развития, может изменить соотношение полов, давая потомство со смещением в сторону самцов.
Соавтор доктор Ахмад Реза Шарифи говорит, что их "результаты впервые демонстрируют, что существование семейств данио со смещением в сторону самцов или самок является следствием межсемейных различий в степени метилирования ДНК генома".
Риск неадаптивного соотношения полов при глобальном потеплении
Профессор Бертрем Брениг, соавтор исследования, заключает, что их "результаты показывают, что эпигенетические регуляторные механизмы, такие как метилирование ДНК, важны для формирования пола у видов с определением пола по принципу "генотип-через-среду", таких как данио".
Исследователи полагают, что их результаты можно обобщить на другие виды с системой определения пола "гены-через-среду", например, ящериц, крокодилов и рыб, таких как нильская тиляпия, японский паралихт, европейский лаврак и африканский сом.
Брениг предупреждает: "Поскольку их система определения пола чувствительна к температуре, такие виды подвергаются большему риску вымирания, когда они производят неадаптивное, сильно смещённое соотношение полов в условиях прогнозируемого сценария глобального потепления".