Twee nieuwe studies door onderzoekers van de Universiteit van Osaka geven inzicht in waarom mannelijke en vrouwelijke lichamen van dezelfde soort verschillen. De onderzoeken tonen factoren aan die de expressie van dubbelgeslacht reguleren1, een gen dat verantwoordelijk is voor de groei van mannelijke eigenschappen in de oude schaaldier Daphnia magna en de daaropvolgende ruimtelijke expressie van dubbelgeslacht1 in de embryonale ontwikkeling. De onderzoeken geven informatie over hoe de omgeving genetische veranderingen veroorzaakt voor geslachtsvoorkeur en de evolutie van seksueel dimorfisme.

De rijke manen van een leeuw, de kleurrijke staart van een pauw, voorbeelden van seksueel dimorfisme zijn er in overvloed. Professor Hajime Watanabe van de Universiteit van Osaka heeft onderzoek gedaan naar de genen die de basis vormen voor het verschil tussen mannelijke en vrouwelijke lichamen van dezelfde soort. In twee nieuwe kranten zijn lab rapporteert de moleculaire regulatie en ruimtelijke expressie van het toepasselijk genaamde gen, dubbelseks1, in Daphnia magna. Deze oude schaaldier biedt een model om de evolutie van seksueel dimorfisme in het dierenrijk te verklaren.

"Geslachtsbepaling kan grofweg worden onderverdeeld in twee categorieën:genetische geslachtsbepaling en omgevingsgeslachtsbepaling (ESD), ' zegt Watanabe.

In normale omstandigheden, Daphnia magna plant zich ongeslachtelijk voort om alleen vrouwtjes te vormen. Echter, in tijden van hoge stress, zoals een tekort aan voedsel, het zal ESD toepassen om ook ongeslachtelijke mannen te produceren, die zal bijdragen aan seksuele voortplanting.

In de eerste studie, met behulp van op TALEN gebaseerde genbewerking, de groep bevestigde met succes een fluorescerende reporter aan het doublesex1-gen om de ruimtelijke expressie van doublesex1 in het Daphnia magna-embryo in realtime te bekijken. De studie laat zien wanneer en waar in het embryo dubbelgeslacht1 voor het eerst tot uiting komt en hoe die expressie in de loop van de tijd verandert om mannelijke eigenschappen te produceren.

"Onze resultaten suggereren een tijd- en plaatsspecifieke rol van doublesex1. Het gen wordt alleen gerekruteerd wanneer en waar het nodig is, ' zegt Watanabe.

De bevindingen breken de expressie van dobulesex1 voor mannelijke ontwikkeling in zes fasen, waaronder twee voorheen niet-geïdentificeerde fasen, stomodeale invaginatie en cumulusmigratie.

Hoewel beide geslachten het gen dragen, de tijdelijke expressie van doublesex1 is veel langer bij mannen dan bij vrouwen, wat suggereert dat bepaalde factoren zich bij beide geslachten anders gedragen. In de tweede studie Watanabe toont aan dat de transcriptiefactor verantwoordelijk is voor het uitdrukken van doublesex1. Van Vrille is bekend dat het een rol speelt bij groei en circadiane ritmes, maar de groep ontdekte dat het gevoelig is voor omgevingsstress. Watanabe's team ontdekte dat het onderdrukken van Vrille-expressie in mannelijke embryo's of het forceren van de expressie ervan in vrouwelijke embryo's ervoor zorgde dat de embryo's tekenen van het andere geslacht vertoonden en de dubbelgeslacht1-expressie veranderde.

De meeste embryo's in de experimenten stierven, waarschijnlijk omdat Vrille cruciaal is voor veel andere biologische functies naast geslachtsontwikkeling, maar de gegevens, Watanabe zegt, maakte duidelijk dat Vrille de transcriptie van doublesex1 activeert door middel van gencoöptatie.

"Gencoöptatie is een evolutionaire methode waardoor genen nieuwe functies krijgen. Mensen hebben geen Vrille. Ze hebben een ortholoog, E4BP4/NFLIL3, " hij zegt, eraan toevoegend dat het bestuderen van deze co-optie in Daphnia magna inzicht zou kunnen geven in de evolutie van E4BP4/NFLIL3 bij mensen.

De bevindingen van de onderzoeken komen overeen met die van andere dieren en, Watanabe benadrukt, ondersteunen het gebruik van Daphnia magna om de evolutie van seksueel dimorfisme te bestuderen.

"Een aantal groepen heeft de ontwikkeling van geslachtsspecifieke eigenschappen in modelorganismen zoals muis en Drosophila bestudeerd. Deze modellen zijn informatief, maar ze zijn niet geschikt om evolutie te bestuderen. Daphnia magna heeft een meer voorouderlijke positie en een uniek sekssysteem, " hij zegt.