Figur 1:Fluorescens av dsx1 -reporterstammen. Nio dagar gamla fullt mogna daphniider observerades under ljusfält (översta raden), GFP -filter (mittenrad), och mCherry -filter (nedre raden). Allestädes närvarande grön fluorescens orsakas av bakgrundsgenotypen EF1α-1 ::h2b-gfp. I samtliga fall, den röda signalen från tarmen (prickade linjer) representerar autofluorescensen av chlorella, den huvudsakliga maten som används vid daphniidodling. An1:första antenner. T1:första bröstbenen. Skalstänger =0,5 mm. Bilder togs med samma kamerainställningar. Upphovsman:Osaka University
Två nya studier av Osaka University forskare ger insikter om varför manliga och kvinnliga kroppar av samma art skiljer sig åt. Studierna visar faktorer som reglerar uttrycket av dubbelsex1, en gen som är ansvarig för tillväxten av manliga drag i det gamla kräftdjuret Daphnia magna och det efterföljande rumsliga uttrycket för doublesex1 vid embryoutveckling. Studierna ger information om hur miljön orsakar genetiska förändringar för könspreferens och utvecklingen av sexuell dimorfism.
Den rika manen av ett lejon, påfågelns färgstarka svans, exempel på sexuell dimorfism är rikliga. Osaka universitetsprofessor Hajime Watanabe har undersökt generna som ligger till grund för varför manliga och kvinnliga kroppar av samma art skiljer sig åt. I två nya tidningar, hans laboratorium rapporterar molekylärreglering och rumsligt uttryck för den passande namnet, dubbelsex1, i Daphnia magna. Detta gamla kräftdjur ger en modell för att förklara utvecklingen av sexuell dimorfism i djurriket.
"Könbestämning kan i stort delas in i två kategorier:genetisk könsbestämning och miljökönbestämning (ESD), säger Watanabe.
Under normala förhållanden, Daphnia magna reproducerar aseksuellt för att endast bilda honor. Dock, i tider med hög stress, som brist på mat, det kommer att tillämpa ESD för att även producera hanar aseksuellt, vilket kommer att bidra till sexuell reproduktion.
I den första studien, med hjälp av TALEN-baserad genredigering, gruppen fogade framgångsrikt en fluorescerande reporter till doublesex1 -genen för att titta på det rumsliga uttrycket av doublesex1 i Daphnia magna -embryot i realtid. Studien visar när och var i embryot dublesex1 först uttrycks och hur det uttrycket förändras med tiden för att producera manliga drag.
"Våra resultat tyder på en tids- och platsspecifik roll för doublesex1. Genen rekryteras bara när och där den behövs, säger Watanabe.
Figur 2:Rymligt uttrycksmönster för mCherry som en reporter av Dsx1-genuttryck vid 50-hpo. Icke-injicerade män visar mCherry-uttryck i den första antennen (An1), första bröstbenet (T1) och könsorganet (Ge). Kvinnor injicerades med Vri mRNA som innehöll sin CDS i full längd. Skalstänger:200 μm. Upphovsman:Osaka University
Fynden bryter uttrycket av dobulesex1 för manlig utveckling i sex steg, inklusive två tidigare oidentifierade etapper, stomodeal invagination och cumulus migration.
Även om båda könen bär genen, det tidsmässiga uttrycket för dubbelsex1 är mycket längre hos män än hos kvinnor, tyder på att vissa faktorer beter sig annorlunda hos de två könen. I den andra studien, Watanabe visar att transkriptionsfaktorn är ansvarig för att uttrycka dubbelsex1. Vrille är känt för att ha en roll i tillväxt och dygnsrytm, men gruppen upptäckte att det är känsligt för miljöstress. Watanabes team fann att undertryckande av Vrille-uttryck i manligt utvecklande embryon eller tvingande av dess uttryck i embryon som utvecklats av kvinnor fick embryona att visa tecken på det motsatta könet och förändra dubbelsex1-uttrycket.
De flesta av embryona i experimenten dog, förmodligen för att Vrille är avgörande för många andra biologiska funktioner förutom könsutveckling, men uppgifterna, Watanabe säger, gjorde det klart att Vrille aktiverar transkriptionen av doublesex1 genom genalternativ.
"Gen-co-option är en evolutionär metod genom vilken gener tar nya funktioner. Människor har inte Vrille. De har en ortolog, E4BP4/NFLIL3, " han säger, tillägger att studera detta samalternativ i Daphnia magna kan ge insikt om utvecklingen av E4BP4/NFLIL3 hos människor.
Resultaten av studierna överensstämmer med andra djur och, Watanabe betonar, stödja användningen av Daphnia magna för att studera utvecklingen av sexuell dimorfism.
"Ett antal grupper har studerat utvecklingen av könsspecifika egenskaper hos modellorganismer som mus och Drosophila. Dessa modeller är informativa, men de är inte lämpliga för att studera evolution. Daphnia magna har en mer förfäders position och unikt könssystem, " han säger.
