Suppressing estrogen signaling by a Y-linked nuclear receptor determines sex in Bombina toads
Questo studio identifica il gene legato al cromosoma Y *err1Y* come il fattore determinante del sesso principale nei rospi *Bombina*, il quale guida la differenziazione maschile antagonizzando la segnalazione estrogenica attraverso un recettore nucleare neofunzionalizzato e non canonico.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Ogni creatura vivente con una colonna vertebrale ha bisogno di un modo per decidere se diventare maschio o femmina. Negli esseri umani e in molti altri animali, questa decisione è scritta in una coppia di cromosomi che agiscono come un interruttore genetico. Ma nel vasto e antico mondo degli anfibi, questo interruttore è rimasto un mistero. Per oltre un secolo, gli scienziati hanno saputo che le rane e i rospi possiedono cromosomi sessuali, eppure sono stati incapaci di trovare il gene specifico che aziona l'interruttore. Ciò è dovuto in parte al fatto che i genomi degli anfibi sono enormi e disordinati, e i loro cromosomi spesso appaiono identici al microscopio, rendendo quasi impossibile individuare la minuscola differenza genetica che determina il sesso. Senza conoscere l'interruttore principale, non possiamo comprendere appieno come questi animali si sviluppino o come nuove specie si evolvano.
Un team di ricercatori ha finalmente decifrato questo codice per un gruppo di rospi europei e asiatici noti come Bombina. Costruendo mappe di alta qualità dell'intero codice genetico dei rospi, hanno scoperto che un gene specifico sul cromosoma Y del maschio agisce come l'interruttore principale. Questo gene funziona silenziando un segnale chimico che altrimenti trasformerebbe l'animale in femmina. La scoperta rivela un nuovo modo in cui la natura determina il sesso, uno che si basa sul blocco di una via ormonale piuttosto che sull'attivazione di una maschile. Questa scoperta non solo risolve un enigma di lunga data nella biologia degli anfibi, ma fornisce anche uno strumento potente per studiare come questi rospi si dividano in diverse specie.
I ricercatori si sono concentrati sul rospo dal ventre di fuoco e sui suoi stretti parenti, famosi per vivere in habitat distinti e per formare zone strette in cui si incrociano. Per trovare il gene determinante il sesso, il team ha prima creato un genoma di riferimento dettagliato per il rospo dal ventre di fuoco, un compito enorme data la dimensione del suo DNA. Successivamente, hanno confrontato il DNA di rospi maschi e femmine all'interno di un grande albero genealogico, cercando qualsiasi marcatore genetico che apparisse solo nei maschi. Hanno trovato una piccola regione sul cromosoma due che era presente nei maschi ma assente nelle femmine. Questa regione conteneva un gene chiamato err1Y, che è una copia di un gene presente su un cromosoma diverso in entrambi i sessi.
La versione originale di questo gene, presente su un cromosoma ordinario, è coinvolta nella regolazione dell'energia e del metabolismo. Tuttavia, la nuova copia, err1Y, era cambiata significativamente. Si trovava sul cromosoma Y, il che significa che viene trasmessa solo da padre a figlio. I ricercatori hanno scoperto che questo nuovo gene è attivo specificamente nei testicoli in via di sviluppo dei giovani rospi maschi, proprio mentre iniziano a differenziarsi. Nelle femmine, questo gene è completamente assente. Questo schema suggerisce fortemente che err1Y sia l'interruttore principale che dice alla gonade in via di sviluppo di diventare un testicolo.
Per capire come funziona questo gene, il team ha esaminato attentamente la sua struttura e funzione. Hanno scoperto che il gene err1Y produce una versione accorciata di una proteina. A differenza della proteina originale, che può legarsi al DNA e attivare i geni, questa versione accorciata manca della parte necessaria per attaccarsi al DNA. Invece, agisce come un bloccante. Nel corpo, esiste una via naturale guidata dagli estrogeni che incoraggia lo sviluppo delle ovaie. La versione accorciata della proteina err1Y si lega ai recettori che normalmente portano a termine il segnale degli estrogeni, bloccando efficacemente il meccanismo. Bloccando il segnale degli estrogeni, il gene impedisce alla gonade di diventare femmina, permettendole di diventare, per impostazione predefinita, un maschio.
I ricercatori hanno confermato questo meccanismo attraverso una serie di esperimenti. Hanno dimostrato che, introducendo la proteina accorciata nelle cellule, questa riusciva a interrompere il funzionamento della via degli estrogeni. Hanno anche mappato il gene attraverso diverse specie di rospi Bombina. Hanno scoperto che il gene err1Y è presente e funzionale in tutte le specie con 24 cromosomi, inclusi il rospo dal ventre di fuoco e il rospo dal ventre giallo. Tuttavia, nelle specie con 28 cromosomi, il gene è rotto e non funziona più come interruttore sessuale. Ciò indica che i rospi con 24 cromosomi condividono un antenato comune in cui questo gene è stato inizialmente reclutato per determinare il sesso, ed è stato tramandato da allora.
Questa scoperta è significativa perché rivela una nuova via per la determinazione del sesso nei vertebrati poichilotermi (a sangue freddo). In molti animali, un gene principale lavora attivando un programma specifico per il maschio. In questi rospi, il gene principale lavora spegnendo il programma femminile. Agisce come un freno sulla via degli estrogeni, assicurando che l'animale si sviluppi come maschio. Questo meccanismo rappresenta una strategia inedita di determinazione del sesso nei vertebrati attraverso il riutilizzo di un recettore nucleare duplicato, una via precedentemente non vista in questa specifica forma. I risultati forniscono anche un chiaro marcatore genetico che può essere utilizzato per identificare il sesso di questi rospi in qualsiasi fase della vita, il che è fondamentale per gli sforzi di conservazione e per studiare come queste specie interagiscono in natura.
La capacità di identificare geneticamente il sesso di questi rospi apre nuove porte alla comprensione di come si formano le specie. I rospi Bombina sono un classico esempio di speciazione, dove due specie distinte vivono l'una accanto all'altra e occasionalmente si mescolano. Tracciando il gene legato al cromosoma Y, gli scienziati possono ora studiare come i cromosomi sessuali influenzino il processo di speciazione e se giochino un ruolo speciale nel mantenere separate le specie. La scoperta di err1Y trasforma la nostra comprensione della biologia degli anfibi, mostrando che anche nei genomi più complessi e antichi, la natura può trovare soluzioni semplici ed eleganti alla domanda fondamentale di come diventare maschio o femmina.
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