Figura 1:Fluorescenza del ceppo reporter dsx1. Dafniidi di nove giorni completamente maturi sono stati osservati in campo chiaro (riga in alto), Filtro GFP (riga centrale), e filtro mCherry (riga in basso). La fluorescenza verde onnipresente è causata dal genotipo di fondo EF1α-1::h2b-gfp. In tutti i casi, il segnale rosso dall'intestino (linee tratteggiate) rappresenta l'autofluorescenza della clorella, il principale alimento utilizzato nella coltivazione delle dafnidi. An1:prime antenne. T1:prime gambe toraciche. Barre della scala =0,5 mm. Le foto sono state scattate con le stesse impostazioni della fotocamera. Credito:Università di Osaka
Due nuovi studi dei ricercatori dell'Università di Osaka forniscono approfondimenti sul perché i corpi maschili e femminili della stessa specie differiscono. Gli studi mostrano fattori che regolano l'espressione del doppio sesso1, un gene responsabile della crescita dei tratti maschili nell'antico crostaceo Daphnia magna e della successiva espressione spaziale del doppio sesso1 nello sviluppo embrionale. Gli studi forniscono informazioni su come l'ambiente provoca cambiamenti genetici per la preferenza di genere e l'evoluzione del dimorfismo sessuale.
La ricca criniera di un leone, la coda colorata di un pavone, esempi di dimorfismo sessuale sono abbondanti. Il professor Hajime Watanabe dell'Università di Osaka ha studiato i geni che sono alla base del perché i corpi maschili e femminili della stessa specie differiscono. In due nuovi documenti, il suo laboratorio riporta la regolazione molecolare e l'espressione spaziale del gene giustamente chiamato, doppiosesso1, in Daphnia magna. Questo antico crostaceo fornisce un modello per spiegare l'evoluzione del dimorfismo sessuale nel regno animale.
"La determinazione del sesso può essere sostanzialmente suddivisa in due categorie:determinazione genetica del sesso e determinazione ambientale del sesso (ESD), "dice Watanabe.
In condizioni normali, Daphnia magna si riproduce asessualmente per formare solo femmine. Però, in periodi di forte stress, come la mancanza di cibo, applicherà l'ESD anche per produrre maschi asessualmente, che contribuirà alla riproduzione sessuale.
Nel primo studio, utilizzando l'editing genetico basato su TALEN, il gruppo ha collegato con successo un reporter fluorescente al gene doublesex1 per osservare l'espressione spaziale di doublesex1 nell'embrione di Daphnia magna in tempo reale. Lo studio mostra quando e dove nell'embrione viene espresso per la prima volta il doppio sesso1 e come tale espressione cambia nel tempo per produrre tratti maschili.
"I nostri risultati suggeriscono un ruolo specifico del doppio sesso nel tempo e nel sito1. Il gene viene reclutato solo quando e dove è necessario, "dice Watanabe.
Figura 2:modello di espressione spaziale di mCherry come reporter dell'espressione del gene Dsx1 a 50 hpo. I maschi non iniettati mostrano l'espressione mCherry nella prima antenna (An1), prima gamba toracica (T1) e genitale (Ge). Alle femmine è stato iniettato l'mRNA di Vri che ospitava il suo CDS a tutta lunghezza. Barre di scala:200 μm. Credito:Università di Osaka
I risultati rompono l'espressione di dobulesex1 per lo sviluppo maschile in sei fasi, tra cui due fasi precedentemente non identificate, invaginazione stomodale e migrazione del cumulo.
Sebbene entrambi i sessi portino il gene, l'espressione temporale del doppio sesso1 è molto più lunga nei maschi che nelle femmine, suggerendo che alcuni fattori si comportano diversamente nei due sessi. Nel secondo studio, Watanabe dimostra che il fattore di trascrizione è responsabile dell'espressione di doublesex1. Vrille è noto per avere un ruolo nella crescita e nei ritmi circadiani, ma il gruppo ha scoperto che è sensibile allo stress ambientale. Il team di Watanabe ha scoperto che la soppressione dell'espressione di Vrille negli embrioni a sviluppo maschile o la forzatura della sua espressione negli embrioni a sviluppo femminile ha fatto sì che gli embrioni mostrassero segni del sesso opposto e cambiassero l'espressione doublesex1.
La maggior parte degli embrioni negli esperimenti è morta, probabilmente perché Vrille è cruciale per molte altre funzioni biologiche oltre allo sviluppo sessuale, ma i dati, Watanabe dice, ha chiarito che Vrille attiva la trascrizione di doublesex1 attraverso la cooptazione genica.
"La cooptazione genica è un metodo evolutivo attraverso il quale i geni assumono nuove funzioni. Gli esseri umani non hanno Vrille. Hanno un ortologo, E4BP4/NFLIL3, " lui dice, aggiungendo che lo studio di questa cooptazione in Daphnia magna potrebbe fornire informazioni sull'evoluzione di E4BP4/NFLIL3 negli esseri umani.
I risultati degli studi sono coerenti con altri animali e, Watanabe sottolinea, supportano l'uso di Daphnia magna per studiare l'evoluzione del dimorfismo sessuale.
"Un certo numero di gruppi ha studiato lo sviluppo di tratti specifici del sesso in organismi modello come il topo e la Drosophila. Questi modelli sono informativi, ma non sono adatti per studiare l'evoluzione. Daphnia magna ha una posizione più ancestrale e un sistema sessuale unico, " lui dice.
