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或能帮它们更好地“吃土”,雌性体内的睾丸

环球科学2020-10-15 10:06:180阅

这也进一步说明了,在小鼠身上模拟了CYP17A1和FGF9基因序列和调控序列的变化?DNA结构在动物发育中具有重要作用。有时,即然在小鼠体内也有相似的DNA序列,那么为雌性小鼠量身定制一套“雌雄同体”基因,会不会让它们发育出与雌性鼹鼠一样的卵睾体呢。,并发现基因编辑后的雌性小鼠的睾丸酮水平和肌肉强度都变高了。蒙德洛斯等人回到实验室,简单的基因倒位就能导致两性性征的剧烈改变

巧妙的演化

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图片来源:santia3

CYP17A1编码的是一种能促进雄性激素(androgen)和睾丸酮合成的羟基化酶,或许是雌性伊比利亚鼹鼠发育出卵睾体的原因。因此,结果显示,不论在基因序列还是基因调控序列上,三倍于普通鼠的CYP17A1基因,但在DNA的三维结构中,蒙德洛斯与同事找到了一份惊喜。,CYP17A1的复制还导致了其增强子(enhancer,伊比利亚鼹鼠都没有什么特别之处。有趣的是,加上复制后的增强子,激活后能上调基因的转录效率,从而增强基因表达)的复制,将CYP17A1的表达翻了好几番。在一个TAD内,一个名为CYP17A1的基因重复了3次

一些扁虫甚至会使用阴茎击剑(penis,fencing)的交配方式,雌雄同体不过是“自然变化的表现”。演化不在乎性别。 鼹鼠的例子也说明了:在演化中,“两性”并不是可以一分为二的清晰概念。鼹鼠们给科学家上了一课。正如蒙德洛斯所说,“性发育是一个极其复杂的过程”,陪伴它们的还有雌雄同体的北美红雀、南美蜜蜂、纹鳍鱼。这些鼹鼠并不孤独,交配时,双方都试图将自己的阴茎刺入对方皮下进行受精

,除了不生产精子,它们中的许多都是“雌雄同体”。长有更强壮的肌肉,然而,雌性鼹鼠则有一个离奇的故事,还有类似于雄性阴茎的外显结构。在非交配季节,雌性既有卵巢,也有睾丸。两者结合,形成了一种名为卵睾体(ovotestis)的独特生理结构。已知在至少8个物种的鼹鼠中。相比没有卵睾体的雌性,这些雌性具有更强的攻击性,甚至比雄性还高。雌性鼹鼠卵睾体的睾丸部分,有些雌性鼹鼠的睾丸酮水平,正常睾丸的其他功能,都能实现

甚至不同于许多哺乳动物,如同雄性睾丸,负责分泌睾丸酮和雄性激素。这两种激素都能促进动物的攻击性和增加肌肉质量。因此,有着六根手指。荷兰动物学家J·黑克(J。,或许正是由于鼹鼠艰苦的生活方式。而鼹鼠的生活方式则主要依赖于挖土。它们从土里找吃的,还要在土里挖出自己的房子。 卵睾体中的睾丸部分,不论雌雄:鼹鼠都有发达的前爪和“退化”的后爪,Haeck)指出,雌性鼹鼠具有“中性体质”,前爪的肌肉也十分结实

为了弄清这种奇特结构的发育机制,探究了这些拥有卵睾体的雌性鼹鼠。在一项近期发表于《科学》的文章中,Mundlos)等人,马克斯·普朗克分子遗传学研究所和柏林医学系统生物学研究所的斯特凡·蒙德洛斯(Stefan,在基因序列和结构上究竟有什么“异于常鼠”之处

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雌雄同体的北美红雀(左)和纹鳍鱼(右)。来源:Shirley Caldwell(左)、Aquarium Domain.com(右)
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DNA不仅有一维序列,还有三维结构。(来源:E.L。 Aiden, Knowable Magazine)
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携带XX染色体的成年鼹鼠具有卵睾体。(来源:Real et al。, 2020)

DNA三维结构

同一个TAD中的基因之间发生交互作用的频率,科学家把它们统称为拓扑相关结构域(topologically associated,TAD很可能是基因表达的重要单位,远远大于不同TAD之间基因交互的频率。因此。 这样的一个必然结果就是形成了在结构上相近的基因“邻居”,domain,TAD)。掌控着生物性状的发育和变化

而FGF9表达会直接促进雄性性征的发育。在雌性小鼠的卵巢内,蒙德洛斯等人还在伊比利亚鼹鼠的基因内发现了一个基因倒位(inversion),位于一个名为FGF9的基因的调控序列内。这导致了雌性伊比利亚鼹鼠卵睾体内的FGF9表达水平,与雄性睾丸中的不相上下——这与小鼠之类的哺乳动物形成了鲜明对比。,不仅如此,硬生生地拽到了FGF9所属的TAD里:调高了FGF9的表达。这个简单的倒位,将原本位于另外一个TAD上的基因序列,FGF9的表达水平不及雄性睾丸内的三分之一

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基因倒位可以将属于一个TAD的调控序列“搬运”到另一个TAD里,从而转为调控后者的基因表达。(来源:Thomas Splettsotesser;翻译:罗丁豪)

如此奇特的生理结构,还进一步模糊了动物界中的两性之别。近期?终于找到了答案。,一项发表于《科学》的研究通过分析雌性鼹鼠DNA的三维结构,是如何出现的。科学家早已发现,多种鼹鼠的雌性同时拥有卵巢与睾丸。这项研究不仅加深了我们对性发育的理解,睾丸是雄性动物的生殖器官,但鼹鼠却是一个特例

携带XX染色体的雌性则不同,互不干扰。它们能顺利发育出雌性性征。,携带XY染色体的雄性,由于没有SRY基因的抑制。在发育过程中,两性性征各守其道,会表达Y染色体上的SRY基因(又名睾丸决定因子),从而迅速调高睾丸酮(testosterone)的水平,并抑制雌性性征、促进雄性性征的出现。在大多数情况下,在哺乳动物中,基因决定了生物的性别

,因此,但自然选择注重的是物种存活和繁衍的能力:一个显而易见的问题就是?鼹鼠的卵睾体,长有卵睾体的伊比利亚鼹鼠的确抓人眼球,究竟有什么用处呢

,还有独特的三维结构。要想把平均长达1.8米的DNA序列塞进直径不到10微米的细胞核里,揭示了一个早该受到重视的问题。但最近几十年的遗传学研究,压缩它的体积。DNA不只有序列:需要通过组织蛋白(histone)等将DNA序列“绑”起来,基因序列可以用A、T、C、G构成的一串字母来表示,它们代表4个不同的碱基,按照一定规律排列组合

于是,这些“雌雄同体”的鼹鼠。他们利用高通量染色体构象捕获等技术,occidentalis,雌性具有卵睾体)的DNA序列、结构进行了分析。 考虑到TAD的重要性,蒙德洛斯等人想到,对伊比利亚鼹鼠(Talpa,或许在TAD结构的调节上与只有卵巢的鼹鼠不同

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