許多爬行動物的性別由溫度決定。“ 遺傳學(xué) ”雜志報道的新研究發(fā)現(xiàn)了與任何爬行動物的溫度依賴性決定相關(guān)的第一個基因。捕捉海龜中該基因的變異導(dǎo)致性別比受溫度影響的方式的地理差異。了解性別決定的遺傳學(xué)有助于預(yù)測爬行動物如何隨著氣候變化而發(fā)展。

在鱷魚，短吻鱷和某些蜥蜴和海龜物種中，胚胎可以成為雄性或雌性，這取決于它在卵中所經(jīng)歷的溫度?？焖俚臍夂蜃兓赡軙ㄟ^扭曲性別比例來威脅其中一些物種的未來。例如，根據(jù)一些估計，下個世紀(jì)的溫度上升將導(dǎo)致彩龜僅生產(chǎn)雌性。這些物種也可能隨著氣候變化而發(fā)展。生物學(xué)家正試圖了解這些動物將如何受到全球氣溫升高的影響并適應(yīng)這些動物。

但對于如何調(diào)節(jié)卵巢和睪丸之間溫度依賴性切換知之甚少。為了尋找這一過程背后的分子機制的線索，研究負(fù)責(zé)人Turk Rhen(北達科他大學(xué))及其同事研究了基因如何影響常見鱷龜?shù)男詣e決定。專注于這種看起來粗獷的北美本地人的優(yōu)勢在于，在為期65天的雞蛋孵化期間，在短暫的五天窗口內(nèi)確定性別：溫度敏感期。如果在溫度敏感期內(nèi)的孵育溫度從“雄性生產(chǎn)溫度”(26.5°C或79.7°F)變?yōu)?ldquo;雌性生產(chǎn)溫度”(31°C或87.8°F)，所有雞蛋將孵化成女性。

在之前的工作中，該團隊確定了一個基因 - CIRBP-在這種溫度變化的24小時內(nèi)被激活。兩天后，已知參與卵巢或睪丸發(fā)育的幾種基因被激活或抑制。新的研究證實CIRBP是在正確的時間(溫度敏感期的早期)和正確的地方(性腺)表達性別。

為了測試這個假設(shè)是否正確，研究人員研究了CIRBP基因的DNA序列變異，以及它是否會影響個體龜成為男性或女性的機會。他們發(fā)現(xiàn)一些海龜攜帶的CIRBP略有不同：在序列中的特定位置，四堿基DNA代碼中的“A”被“C”代替。

這種變化使基因?qū)囟葻o反應(yīng)：基因的“C”版本保持穩(wěn)定水平，而不是由產(chǎn)雌溫度誘導(dǎo)。

攜帶這種反應(yīng)遲鈍的“C”版本的人比男性更容易成為男性。海龜之間的這種單字母DNA差異可以解釋大約四分之一的性別決定溫度的遺傳變異，這表明CIRBP的激活是指定性別的關(guān)鍵事件。

值得注意的是，這種CIRBP變體可能部分解釋了一個關(guān)于鱷龜?shù)钠婀质聦崳簛碜圆煌暥鹊姆N群的性別比率對溫度的反應(yīng)不同。例如，如果你從明尼蘇達州和路易斯安那州的鱷龜收集雞蛋并在實驗室中在27°C(80.6°F)溫度下孵化它們，那么在北方收集的雞蛋將產(chǎn)生幾乎所有雄性，而來自南方的卵將產(chǎn)生大多是女性。這種變化表明該物種的亞種群已經(jīng)進化并適應(yīng)其當(dāng)?shù)貧夂颉?/p>

研究小組發(fā)現(xiàn)，明尼蘇達州北部海龜?shù)?ldquo;C”型CIRBP比來自明尼蘇達州南部250英里的海龜更常見，并且在德克薩斯州更遠的南方人群中未檢測到。雖然這只是一小部分地點，但趨勢與每個人群的性別決定模式一致：“A”版本(使龜更可能是女性)在較低溫度下產(chǎn)生雌性的群體中更為常見。

Rhen說，由CIRBP基因(冷誘導(dǎo)型RNA結(jié)合蛋白)編碼的蛋白質(zhì)可能參與感知溫度并將其轉(zhuǎn)化為發(fā)育信號，以觸發(fā)睪丸或卵巢的形成。來自其他生物的研究表明，這種蛋白質(zhì)可以通過與特定基因產(chǎn)生的RNA“信息”結(jié)合來調(diào)節(jié)溫度依賴性過程。

“ CIRBP似乎在性別決定中起著至關(guān)重要的作用，”Rhen說。“引人注目的部分是我們看到多個生物水平之間存在一致的關(guān)聯(lián)：DNA水平的變異會影響基因的激活(表達成RNA信息)，而這又與個體龜是男性還是女性有關(guān)。與性別的關(guān)聯(lián)決定了我們是否關(guān)注個人或家庭，我們甚至看到人口層面的差異。“

但是CIRBP不是唯一的基因在搶購指定性別重要龜，數(shù)據(jù)顯示。“有一種常見的誤解，就是必須有一個”魔彈“基因來決定性別對溫度的反應(yīng)，”Rhen說。“我們的數(shù)據(jù)表明，多個溫度傳感器通過共同作用控制性別。我們試圖確定該系統(tǒng)的其他組成部分，并確定它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡杂绊懶詣e。更好地理解這些基因的變異可能有一天可以讓我們預(yù)測如何爬行動物物種將在新的氣候制度下發(fā)展。“