Wetenschap
Onderzoekers onthullen hoe genetisch identieke watervlooien zich ontwikkelen tot verschillende geslachten
Daphnia zijn kleine schaaldieren, of ‘watervlooien’, die zich uiterst goed kunnen aanpassen aan hun omgeving. Dit komt door hun opmerkelijke fenotypische plasticiteit, dat wil zeggen hun vermogen om hun vorm of gedrag te veranderen ondanks dat hun genetische samenstelling onveranderd blijft. Zelfs mannelijke en vrouwelijke Daphnia zijn genetisch identiek.
Nu heeft een groep aan de Universiteit van Osaka enig licht op dit fenomeen geworpen door twee verschillende RNA-sequencingtechnieken te combineren om te onthullen dat bepaalde genen verschillende versies, of isovormen, produceren van de eiwitten waarvoor ze coderen in mannelijke en vrouwelijke Daphnia.
Fenotypische plasticiteit zorgt ervoor dat een enkel genoom verschillende 'fenotypes' kan produceren, wat betekent dat Daphnia zich fysiologisch kan aanpassen aan variaties in het zoutgehalte van het water, de temperatuur, de aanwezigheid van roofdieren en meer.
Het artikel, "Identificatie van gen-isovormen en hun schakelgebeurtenissen tussen mannelijke en vrouwelijke embryo's van de parthenogenetische schaaldier Daphnia magna", werd gepubliceerd in Scientific Reports .
Een molecuul genaamd RNA wordt geproduceerd uit een gen in een proces dat transcriptie wordt genoemd en dat instructies geeft aan de cellulaire machinerie om vervolgens het overeenkomstige eiwit te maken. Veranderingen in het RNA na transcriptie kunnen ertoe leiden dat meerdere isovormen, of enigszins verschillende RNA-moleculen, uit één enkel gen worden geproduceerd.
Dergelijke isovormvarianten zijn moeilijk te bestuderen omdat de meeste RNA-sequencingtechnieken slechts zeer korte stukken RNA-moleculen lezen en vervolgens vertrouwen op computertechnieken om de sequenties weer in elkaar te zetten. Dit betekent dat de fijne details van verschillende isovormen verloren gaan.
In een nieuwe aanpak gebruikte het team echter eerst een nieuwere, al lang gelezen RNA-sequencing-methode, Iso-Seq genaamd, om alle verschillende isovormen die aanwezig zijn in een soort genaamd Daphnia magna nauwkeurig te identificeren, voordat de specifieke wisseling van isovormen tussen mannen werd beperkt. en vrouwtjes die zeer nauwkeurige, kort gelezen RNA-sequenties gebruiken.
"Short-read sequencing alleen is niet in staat deze informatie te achterhalen", legt eerste auteur Yasuhiko Kato uit. "Deze nieuwe aanpak, die long- en short-read sequencing combineert, onthult voorheen onbekende nuances van Daphnia-transcriptie."
"We hebben genen geïdentificeerd die op een geslachtsafhankelijke manier bepalen welke specifieke isovormen tot expressie worden gebracht", voegt senior auteur Hajime Watanabe toe. "Dit geeft inzicht in de biologische mechanismen die ten grondslag liggen aan de unieke fenotypische plasticiteit van Daphnia."
Dit onderzoek onthult de moleculaire basis voor seksueel dimorfisme bij Daphnia, een ecologisch belangrijke soort, en biedt een hulpmiddel om te begrijpen hoe omgevingsomstandigheden het geslacht bij deze soort kunnen bepalen. Deze bevindingen openen dus de weg voor verdere vooruitgang in de aquacultuur van schaaldieren.