Suppressing estrogen signaling by a Y-linked nuclear receptor determines sex in Bombina toads
Este estudio identifica al gen ligado al cromosoma Y *err1Y* como el factor maestro de determinación del sexo en los sapos *Bombina*, el cual impulsa la diferenciación masculina mediante el antagonismo de la señalización de estrógenos a través de un receptor nuclear neofuncionalizado y no canónico.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Cada criatura viva con columna vertebral necesita una forma de decidir si se convertirá en macho o en hembra. En los humanos y en muchos otros animales, esta decisión está escrita en un par de cromosomas que actúan como un interruptor genético. Pero en el vasto y antiguo mundo de los anfibios, este interruptor ha seguido siendo un misterio. Durante más de un siglo, los científicos han sabido que las ranas y los sapos tienen cromosomas sexuales, pero no han podido encontrar el gen específico que activa el interruptor. Esto se debe, en parte, a que los genomas de los anfibios son enormes y desordenados, y sus cromosomas a menudo parecen idénticos bajo el microscopio, lo que hace que sea casi imposible detectar la diminuta diferencia genética que determina el sexo. Sin conocer el interruptor maestro, no podemos comprender plenamente cómo se desarrollan estos animales o cómo evolucionan las nuevas especies.
Un equipo de investigadores finalmente ha descifrado este código para un grupo de sapos europeos y asiáticos conocidos como Bombina. Al construir mapas de alta calidad de todo el código genético de los sapos, descubrieron que un gen específico en el cromosoma Y del macho actúa como el interruptor maestro. Este gen funciona silenciando una señal química que, de otro modo, convertiría al animal en hembra. El descubrimiento revela una nueva forma en que la naturaleza determina el sexo, una que depende de bloquear una vía hormonal en lugar de activar una masculina. Este hallazgo no solo resuelve un enigma de larga data en la biología de los anfibios, sino que también proporciona una herramienta poderosa para estudiar cómo estos sapos se dividen en diferentes especies.
Los investigadores se centraron en el sapo de vientre de fuego y sus parientes cercanos, los cuales son famosos por vivir en hábitats distintos y formar zonas estrechas donde se reproducen entre sí. Para encontrar el gen determinante del sexo, el equipo creó primero un genoma de referencia detallado del sapo de vientre de fuego, una tarea masiva dado el tamaño de su ADN. Luego compararon el ADN de sapos machos y hembras de un gran árbol genealógico, buscando cualquier marcador genético que apareciera solo en los machos. Encontraron una pequeña región en el cromosoma dos que estaba presente en los machos pero ausente en las hembras. Esta región contenía un gen llamado err1Y, que es una copia de un gen encontrado en un cromosoma diferente en ambos sexos.
La versión original de este gen, que se encuentra en un cromosoma ordinario, está involucrada en la regulación de la energía y el metabolismo. Sin embargo, la nueva copia, err1Y, había cambiado significativamente. Se localizaba en el cromosoma Y, lo que significa que se transmite únicamente de padre a hijo. Los investigadores descubrieron que este nuevo gen está activo específicamente en los testículos en desarrollo de los sapos machos jóvenes, justo cuando comienzan a diferenciarse. En las hembras, este gen está completamente ausente. Este patrón sugiere fuertemente que err1Y es el interruptor maestro que le indica a la gónada en desarrollo que se convierta en un testículo.
Para entender cómo funciona este gen, el equipo observó de cerca su estructura y función. Descubrieron que el gen err1Y produce una versión acortada de una proteína. A diferencia de la proteína original, que puede unirse al ADN y activar genes, esta versión acortada carece de la parte necesaria para adherirse al ADN. En su lugar, actúa como un bloqueador. En el cuerpo, existe una vía natural impulsada por el estrógeno que fomera el desarrollo de los ovarios. La proteína err1Y acortada se une a los receptores que normalmente ejecutan esta señal de estrógeno, bloqueando efectivamente el mecanismo. Al bloquear la señal de estrógeno, el gen evita que la gónada se convierta en hembra, permitiendo que por defecto se convierta en macho.
Los investigadores confirmaron este mecanismo mediante una serie de experimentos. Demostraron que, al introducir la proteína acortada en las células, esta lograba detener el funcionamiento de la vía del estrógeno. También mapearon el gen a través de diferentes especies de sapos Bombina. Encontraron que el gen err1Y está presente y es funcional en todas las especies con 24 cromosomas, incluyendo el sapo de vientre de fuego y el sapo de vientre amarillo. Sin embargo, en las especies con 28 cromosomas, el gen está roto y ya no funciona como interruptor de sexo. Esto indica que los sapos de 24 cromosomas comparten un ancestro común donde este gen fue reclutado por primera vez para determinar el sexo, y ha sido transmitido desde entonces.
Este descubrimiento es significativo porque revela una nueva ruta para la determinación del sexo en vertebrados poiquilotermos (de sangre fría). En muchos animales, un gen maestro trabaja activando un programa específico de macho. En estos sapos, el gen maestro trabaja apagando el programa de hembra. Actúa como un freno en la vía del estrógeno, asegurando que el animal se desarrolle como macho. Este mecanismo representa una estrategia novedosa para la determinación del sexo en vertebrados mediante la reutilización de un receptor nuclear duplicado, una ruta que no se había visto previamente de esta forma específica. Los hallazgos también proporcionan un marcador genético claro que puede utilizarse para identificar el sexo de estos sapos en cualquier etapa de su vida, lo cual es crucial para los esfuerzos de conservación y para estudiar cómo estas especies interactúan en la naturaleza.
La capacidad de identificar el sexo de estos sapos genéticamente abre nuevas puertas para comprender cómo se forman las especies. Los sapos Bombina son un ejemplo clásico de especiación, donde dos especies distintas viven una al lado de la otra y ocasionalmente se mezclan. Al rastrear el gen ligado al cromosoma Y, los científicos pueden ahora estudiar cómo los cromosomas sexuales influyen en el proceso de especiación y si desempeñan un papel especial en mantener a las especies separadas. El descubrimiento de err1Y transforma nuestra comprensión de la biología de los anfibios, demostrando que incluso en los genomas más complejos y antiguos, la naturaleza puede encontrar soluciones simples y elegantes para la pregunta fundamental de cómo convertirse en macho o hembra.
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