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有一种基因解释为什么温暖的巢穴会使海龟变成雌性

巢穴的温度,而不是性染色体,使小海龟变成雌性。现在,一种关于温度如何决定海龟性别的遗传学解释正在浮出水面:科学家们已经发现了一种对温度敏感的基因,这种基因使海龟胚胎走上了雄性或雌性交配的道路。研究人员在5月11日发表在《科学》杂志上的报告称,当研究人员在胚胎发育的早期就将这一基因降低时,海龟胚胎在通常会产生雄性后代的较冷气候下孵化,结果变成了雌性后代。

自20世纪60年代以来,科学家们一直在努力解释温度提示是如何改变海龟和其他爬行动物的性别选择的(SN Online: 1/8/18)。杜克大学医学院(Duke University School of Medicine)发育生物学家布兰奇•卡佩尔(Blanche Capel)说,部分原因是,在老鼠身上得到广泛应用的基因操纵技术在爬行动物身上不起作用。此前的研究表明,某些基因,包括一种名为Kdm6b的基因,在雄性和雌性海龟的发育过程中表现不同。但直到最近,还没有人能够调整这些基因,直接测试哪些基因控制了性别。

“这是在这条道路上的第一次冒险,”澳大利亚国家野生动物保护组织(Australian National Wildlife Collection)的进化遗传学家克莱尔霍利(Clare Holleley)说。“这真的是一个很大的突破。”

在这项新的研究中,卡贝尔的实验室与一组由宁波浙江万里学院的何楚天格领导的中国研究人员进行了合作。通用电气的团队最近开发了一种方法,可以通过向发育中的卵子中注射含有人造RNA片段的病毒来降低某些爬行类基因的活性。

研究人员使用该技术削弱Kdm6b基因的胚胎的影响滑块红耳龟(Trachemys scripta线虫)在性腺形成之前,然后跟踪胚胎的发展26°摄氏度。

“让我高兴的是,它导致了完全的性逆转,”卡贝尔说。这样的温度应该会产生所有的雄性海龟。相反,在对不同的基因沉默病毒进行的两项独立实验中,80%和87%存活下来的胚胎变成了雌性。

然而,像性别决定这样复杂的事情不能归结为一个基因。卡贝尔的团队还发现,Kdm6b控制着一种名为Dmrt1的基因,这种基因已经被证明可以指导男性的发育。虽然Kdm6b在温度升高时表现不同,但在所有组织中并没有显示出相同的反应。研究人员提出,这表明该基因并不直接感知温度,而是接收了一些上级基因的信息,这些基因直接对温度做出反应,并指导Kdm6b在不同组织中的行为。

Kdm6b是否在其他爬行动物中扮演同样的角色还有待观察。《科学进展》杂志(Science Advances) 2017年一项由霍勒利(Holleley)合著的研究发现,这种基因影响了大胡子龙的性命运(SN Online: 6/14/17)。但是同一家族的其他基因,即Jumonji基因,也会影响爬行动物和哺乳动物的发育。而这些基因在其他爬行动物身上的作用可能并不完全相同。

霍利说:“爬行动物的性别决定模式千差万别。”即使Kdm6b在其他爬行动物中是一个重要的开关,“Jumonji基因激活的基因可能在每个爬行动物中都是不同的。”

还有其他的皱纹。博卡拉顿佛罗里达大西洋大学的Itzel Sifuentes-Romero说:“这真是令人兴奋的发现,但我们需要记住,实验室里的一切都是受控的。”她说,野生海龟卵在孵化过程中会受到温度和湿度波动的影响,这意味着对温度敏感的基因接收到的信号要混乱得多。

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