Forskare har känt till att könsbestämning hos ryggradsdjur sker i könscellerna, en kropps könsceller och de somatiska cellerna, de celler som inte är könsceller. Ändå har de inte fullt ut förstått mekanismerna genom vilka det sker. För att bättre förstå processen för könscellens könsbestämning har en forskargrupp analyserat könsceller i kycklingar med hjälp av RNA-sekvensering för att förutsäga mekanismen som bestämmer kön. Deras studie ger insikt i mekanismen för könsbestämning hos fåglar.

Hiroshima Universitys forskargrupp publicerade sina resultat i tidskriften Scientific Reports den 17 augusti 2022.

"Medan tidigare studier har visat att kyckling primordiala könsceller har en karakteristisk egenskap vid könsbestämning, är dess mekanism fortfarande oklar. För att lösa denna utmaning avslöjade vi genuttrycksprofiler för manliga och kvinnliga urkönsceller härrörande från tidiga kycklingembryon och förutspådde sedan könsbestämningsmekanism", säger Kennosuke Ichikawa, en postdoktor vid Genome Editing Innovation Center, Hiroshima University. Denna forskning är den första som förutsäger könsbestämningsmekanismen genom att jämföra genuttrycksprofilerna för fågelprimordiala könsceller vid varje embryonalt stadium, såväl som genom att använda ett stimuleringstest.

Fåglar har unika mekanismer för könsbestämning, som skiljer sig från däggdjur. Hos däggdjur, som har ett XX (hona)—XY (manligt) könskromosomsystem, beror deras könsbestämning på Y-kromosomens verkan. Hos fåglar som har ett ZZ (hane)—ZW (hona) könskromosomsystem, beror deras kön på verkan av Z-kromosomen. Ändå är den molekylära mekanismen för könsbestämning fortfarande oklar. Utvecklingen av de reproduktiva körtlarna som kallas könskörtlar, till antingen äggstockar eller testiklar, och utvecklingen av andra sexuella egenskaper är åtminstone delvis cellautonoma. Forskarnas undersökning av könsbestämningsmekanismen hos fåglar ger dem insikt i utvecklingen av mekanismer för könsbestämning av ryggradsdjur.

För att undersöka mekanismerna bakom könsbestämning i fågelkönsceller, renade teamet manliga och kvinnliga primordiala könsceller från blodet och gonaderna, med hjälp av fluorescensaktiverad cellsortering. Med denna process uppnådde de en renhet på mer än 96%. De bestämde genuttrycksprofiler för de primordiala könscellerna vid varje utvecklingsstadium för varje kön med hjälp av RNA-sekvenseringsanalys, där nästa generations sekvensering används för att undersöka mängden och sekvenserna av RNA i ett prov. Then, the researchers predicted the sex-determination mechanism of the primordial germ cells using bioinformatic analysis, where computer tools are used to understand biological data. To evaluate the prediction, they stimulated male primordial germ cells with retinoic acid in vitro, and examined the changes in gene expression.

Before settling in the gonads, the female circulating primordial germ cells obtained from blood displayed sex-biased expression. The primordial germ cells from the gonads also exhibited sex-biased expression, and the number of female-biased genes detected was higher than that of male-biased genes. The team realized that the female-biased genes in the primordial germ cells were enriched in some metabolic processes. To reveal the mechanisms underlying this process, the researchers performed stimulation tests.

The team used retinoic acid to stimulate the cultured primordial germ cells collected from male embryos. This stimulation resulted in the upregulation—the process where a cell's components increase—of several female-biased genes. Overall, their results suggest that sex determination in avian primordial germ cells involves aspects of both cell-autonomous and somatic-cell regulation. Moreover, it appears that sex determination occurs earlier in females than in males.

"We successfully predicted female-specific potential processes and pathways in chicken primordial germ cells. We believe our data set can significantly contribute to elucidating the avian sex determination mechanism," said Ichikawa.

Looking ahead to future work, the team plans to use the data set to identify the key molecules directly inducing the feminization of chicken primordial germ cells. "The ultimate goal of this study is to elucidate the sex determination mechanism and then establish a sex selection method in chickens using genome editing targeting the key molecules," said Ichikawa. + Utforska vidare

Male-biased protein expression discovered in fruit flies