Suppressing estrogen signaling by a Y-linked nuclear receptor determines sex in Bombina toads
تحدد هذه الدراسة الجين المرتبط بالكروموسوم Y المسمى *err1Y* باعتباره العامل الرئيسي المحدد للجنس في ضفادع *Bombina*، والذي يحفز التمايز الذكري من خلال معارضة إشارات الإستروجين عبر مستقبل نووي غير تقليدي اكتسب وظيفة جديدة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يحتاج كل كائن حي يمتلك عموداً فقرياً إلى وسيلة لتقرير ما إذا كان سيصبح ذكراً أم أنثى. وفي البشر والعديد من الحيوانات الأخرى، يتم كتابة هذا القرار في زوج من الكروموسومات التي تعمل كمفتاح جيني. ولكن في عالم البرمائيات الشاسع والقديم، ظل هذا المفتاح لغزاً. فعلى مدى أكثر من قرن، عرف العلماء أن الضفادع والعلاجيم تمتلك كروموسومات جنسية، ومع ذلك لم يتمكنوا من العثور على الجين المحدد الذي يقلب المفتاح. ويعود ذلك جزئياً إلى أن جينومات البرمائيات ضخمة وفوضوية، وغالباً ما تبدو كروموسوماتها متطابقة تحت المجهر، مما يجعل من الصعب جداً رصد الفرق الجيني الضئيل الذي يحدد الجنس. وبدون معرفة المفتاح الرئيسي، لا يمكننا الفهم الكامل لكيفية تطور هذه الحيوانات أو كيفية تطور الأنواع الجديدة.
لقد تمكن فريق من الباحثين أخيراً من فك هذه الشفرة لمجموعة من علاجيم أوروبا وآسيا المعروفة باسم "بومبينا" (Bombina). ومن خلال بناء خرائط عالية الجودة للشيفرة الوراثية الكاملة لهذه العلاجيم، اكتشفوا أن جيناً معيناً على كروموسوم Y الخاص بالذكر يعمل كمفتاح رئيسي. يعمل هذا الجين عن طريق إسكات إشارة كيميائية كانت ستؤدي لولا ذلك إلى تحول الحيوان إلى أنثى. ويكشف هذا الاكتشاف عن طريقة جديدة تحدد بها الطبيعة الجنس، تعتمد على حجب مسار هرموني بدلاً من تفعيل مسار ذكري. ولا يحل هذا الاكتشاف لغزاً طال أمدُه في بيولوجيا البرمائيات فحسب، بل يوفر أيضاً أداة قوية لدراسة كيفية انقسام هذه الأنواع إلى أنواع مختلفة.
ركز الباحثون على العلاجم ذات البطن الناري وأقاربه الوثيقين، المشهورين بالعيش في موائل متميزة وتشكيل مناطق ضيقة يتزاوجون فيها. وللعثور على جين تحديد الجنس، قام الفريق أولاً بإنشاء مرجع جينومي مفصل لعلاجيم البطن الناري، وهي مهمة ضخمة نظراً لحجم حمضها النووي. ثم قارنوا الحمض النووي لذكور وإناث العلاجيم من شجرة عائلة كبيرة، بحثاً عن أي علامات جينية تظهر في الذكور فقط. ووجدوا منطقة صغيرة على الكروموسوم رقم اثنين كانت موجودة في الذكور ومفقودة في الإناث. احتوت هذه المنطقة على جين يسمى err1Y، وهو نسخة من جين موجود على كروموسوم مختلف في كلا الجنسين.
النسخة الأصلية من هذا الجين، الموجودة على كروموسوم عادي، تشارك في تنظيم الطاقة والتمثيل الغذائي. ومع ذلك، فإن النسخة الجديدة، err1Y، قد تغيرت بشكل كبير. فقد كانت تقع على الكروموسوم Y، مما يعني أنها تُورث فقط من الأب إلى الابن. ووجد الباحثون أن هذا الجين الجديد يكون نشطاً خصيصاً في الخصيتين الناميتين لدى صغار ذكور العلاجيم، تماماً في اللحظة التي يبدأون فيها بالتمايز. أما في الإناث، فهذا الجين غائب تماماً. ويشير هذا النمط بقوة إلى أن err1Y هو المفتاح الرئيسي الذي يخبر الغدة التناسلية النامية بأن تصبح خصية.
لفهم كيفية عمل هذا الجين، نظر الفريق بدقة في بنيته ووظيفته. واكتشفوا أن جين err1Y ينتج نسخة مختصرة من البروتين. وخلافاً للبروتين الأصلي، الذي يمكنه الارتباط بالحمض النووي (DNA) لتنشيط الجينات، فإن هذه النسخة المختصرة تفتقر إلى الجزء اللازم للالتصاق بالحمض النووي. وبدلاً من ذلك، يعمل كحاجب. في الجسم، يوجد مسار طبيعي مدفوع بالإستروجين يشجع على تطور المبيضين. يقوم بروتين err1Y المختصر بالارتباط بالمستقبلات التي تحمل عادةً إشارة الإستروجين هذه، مما يؤدي فعلياً إلى تعطيل الآلية. ومن خلال حجب إشارة الإستروجين، يمنع الجين الغدة التناسلية من أن تصبح أنثى، مما يسمح لها بالتحول تلقائياً إلى ذكر.
أكد الباحثون هذه الآلية من خلال سلسلة من التجارب. حيث أظهروا أنه عند إدخال البروتين المختصر إلى الخلايا، نجح في إيقاف مسار الإستروجين عن العمل. كما رسموا خريطة لهذا الجين عبر أنواع مختلفة من علاجيم Bombina. ووجدوا أن جين err1Y موجود ويعمل في جميع الأنواع التي تمتلك 24 كروموسوماً، بما في ذلك علاجيم البطن الناري وعلاجيم البطن الأصفر. ومع ذلك، في الأنواع التي تمتلك 28 كروموسوماً، يكون الجين معطلاً ولم يعد يعمل كمفتاح للجنس. ويشير هذا إلى أن علاجيم الـ 24 كروموسوماً تشترك في سلف مشترك حيث تم استدعاء هذا الجين لأول مرة لتحديد الجنس، وقد انتقل عبر الأجيال منذ ذلك الحين.
يعد هذا الاكتشاف مهماً لأنه يكشف عن مسار جديد لتحديد الجنس في الفقاريات من ذوات الدم البارد (poikilothermic). ففي العديد من الحيوانات، يعمل الجين الرئيسي عن طريق تفعيل برنامج خاص بالذكور. أما في هذه العلاجيم، فالجين الرئيسي يعمل عن طريق إيقاف البرنامج الأنثوي. إنه يعمل بمثابة مكبح لمسار الإستروجين، مما يضمن تطور الحيوان كذكر. وتمثل هذه الآلية استراتيجية مبتكرة لتحديد جنس الفقاريات من خلال إعادة توظيف مستقبل نووي مكرر، وهو مسار لم يسبق رؤيته بهذا الشكل المحدد. كما توفر هذه النتائج علامة جينية واضحة يمكن استخدامها لتحديد جنس هذه العلاجيم في أي مرحلة من مراحل الحياة، وهو أمر بالغ الأهمية لجهود الحفظ ودراسة كيفية تفاعل هذه الأنواع في البرية.
إن القدرة على تحديد جنس هذه العلاجيم جينياً تفتح آفاقاً جديدة لفهم كيفية تشكل الأنواع. وتعتبر علاجيم Bombina مثالاً كلاسيكياً على التمايز النوعي (speciation)، حيث يعيش نوعان متميزان جنباً إلى جنب ويتزاوجان أحياناً. ومن خلال تتبع الجين المرتبط بالكروموسوم Y، يمكن للعلماء الآن دراسة كيف تؤثر الكروموسومات الجنسية على عملية التمايز النوعي وما إذا كانت تلعب دوراً خاصاً في الحفاظ على انفصال الأنواع. إن اكتشاف err1Y يغير فهمنا لبيولوجيا البرمائيات، مبيناً أنه حتى في الجينومات الأكثر تعقيداً وقِدماً، يمكن للطبيعة أن تجد حلولاً بسيطة وأنيقة للسؤال الجوهري حول كيفية التحول إلى ذكر أو أنثى.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.