我國科學家在Science期刊上發文,揭示孵育溫度決定爬行動物性別的...

2020-12-04 生物谷

2018年5月15日/

生物谷

BIOON/---男孩還是女孩？對於那些想要影響寶寶性別的人來說，迷信和民間智慧提供大量建議---從吃什麼到何時進行愛愛，不過這些建議的有效性即便在最好的情況下是值得懷疑的。但是有科學證據證實一些動物能夠具有這種技能：在海龜和其他的爬行動物中，它們的卵經孵化後產生雄性後代還是雌性後代取決於它所在的巢穴溫度。

與人類和大多數其他的哺乳動物不同的是，許多海龜、蜥蜴和短吻鱷的性別不是由它們所

遺傳

的染色體決定的，而是由在敏感的發育階段期間的環境溫度決定的。比如，對常見的紅耳彩龜而言，它們的卵在32℃孵育時產生的後代都是雌性的，然而當在26℃孵育時，這些卵產生雄性後代。這種現象在50多年前首次在爬行動物中發現，但直到現在，其中的分子細節仍然是個謎。

在一項新的研究中，來自中國浙江萬裡學院、杭州市水產技術推廣站和美國杜克大學和的研究人員證實較低的孵育溫度激活紅耳彩龜的未成熟性器官（或者說生殖腺）中的一個稱為Kdm6b的關鍵基因。它起著一種生物「開啟」開關的作用，激活其他的允許睪丸發育的基因。相關研究結果發表在2018年5月11日的Science期刊上，論文標題為「The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species」。

圖片來自Chutian Ge et al., Science, 11 May 2018, 360(6389):645-648, doi:10.1126/science.aap8328。


在之前的一項研究中，科學家們已發現幾個基因的活性在一種溫度下增加或下降，但在其他的溫度下則不會。不過，在首批活性發生變化的基因當中，其中的一個基因是Kdm6b。在較低的產生雄性後代的孵育溫度下，Kdm6b的活性顯著增加，在較高的產生雌性後代的孵育溫度下，它幾乎被沉默了。

在這項新的研究中，這些研究人員利用浙江萬裡學院開發出的一種技術抑制紅耳彩龜性器官中的Kdm6b基因並觀察它如何影響它們的性發育。他們發現當生長中的海龜胚胎處於正常情形下產生雄性後代的孵育溫度時，沉默Kdm6b基因會讓它們產生雌性後代。

進一步的實驗表明由Kdm6b基因編碼的蛋白接著與一個稱為Dmrt1的基因組區域相互作用，而Dmrt1起著一個啟動睪丸發育的主開關的作用。他們發現Kdm6b通過修飾組蛋白激活Dmrt1主開關。在細胞核內，DNA纏繞在組蛋白上。

在很多物種中，組蛋白的尾部受到甲基修飾，從而使得DNA分子上的一些基因沒有活性。Kdm6b基因移除這些抑制性的甲基基團和「鬆弛」這些組蛋白尾部，這會使得纏繞在組蛋白上的DNA更容易被訪問和讀取，從而激活Dmrt1主開關。

這些研究人員也在短吻鱷和松獅蜥等其他物種（它們的性別也依賴於孵育溫度）中發現Kdm6b基因活性發生與溫度相關的變化。這提示著類似的分子機制也在其他的爬行動物中發揮作用。

這些研究人員認為Kdm6b及其編碼的蛋白本身並不感知熱量或溫度變化，這是因為較低的孵育溫度會增加海龜的最終會發育為睪丸的未成熟性器官中的基因活性，但不會增加其他的正在發育的器官（如心臟或肝臟）中的基因活性。他們計劃在未來的研究中尋找感知溫度變化的觸發物。（生物谷 Bioon.com）

參考資料：Chutian Ge, Jian Ye, Ceri Weber et al. The histone demethylase KDM6B regulates temperature-dependent sex determination in a turtle species. Science, 11 May 2018, 360(6389):645-648, doi:10.1126/science.aap8328Arthur Georges, Clare E. Holleley. How does temperature determine sex?. Science, 11 May 2018, 360(6389):601-602, doi:10.1126/science.aat5993

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