許多爬行動(dòng)物的性別由溫度決定。“ 遺傳學(xué) ”雜志報(bào)道的新研究發(fā)現(xiàn)了與任何爬行動(dòng)物的溫度依賴性決定相關(guān)的第一個(gè)基因。捕捉海龜中該基因的變異導(dǎo)致性別比受溫度影響的方式的地理差異。了解性別決定的遺傳學(xué)有助于預(yù)測(cè)爬行動(dòng)物如何隨著氣候變化而發(fā)展。

在鱷魚，短吻鱷和某些蜥蜴和海龜物種中，胚胎可以成為雄性或雌性，這取決于它在卵中所經(jīng)歷的溫度。快速的氣候變化可能會(huì)通過(guò)扭曲性別比例來(lái)威脅其中一些物種的未來(lái)。例如，根據(jù)一些估計(jì)，下個(gè)世紀(jì)的溫度上升將導(dǎo)致彩龜僅生產(chǎn)雌性。這些物種也可能隨著氣候變化而發(fā)展。生物學(xué)家正試圖了解這些動(dòng)物將如何受到全球氣溫升高的影響并適應(yīng)這些動(dòng)物。

但對(duì)于如何調(diào)節(jié)卵巢和睪丸之間溫度依賴性切換知之甚少。為了尋找這一過(guò)程背后的分子機(jī)制的線索，研究負(fù)責(zé)人Turk Rhen(北達(dá)科他大學(xué))及其同事研究了基因如何影響常見(jiàn)鱷龜?shù)男詣e決定。專注于這種看起來(lái)粗獷的北美本地人的優(yōu)勢(shì)在于，在為期65天的雞蛋孵化期間，在短暫的五天窗口內(nèi)確定性別：溫度敏感期。如果在溫度敏感期內(nèi)的孵育溫度從“雄性生產(chǎn)溫度”(26.5°C或79.7°F)變?yōu)?ldquo;雌性生產(chǎn)溫度”(31°C或87.8°F)，所有雞蛋將孵化成女性。

在之前的工作中，該團(tuán)隊(duì)確定了一個(gè)基因 - CIRBP-在這種溫度變化的24小時(shí)內(nèi)被激活。兩天后，已知參與卵巢或睪丸發(fā)育的幾種基因被激活或抑制。新的研究證實(shí)CIRBP是在正確的時(shí)間(溫度敏感期的早期)和正確的地方(性腺)表達(dá)性別。

為了測(cè)試這個(gè)假設(shè)是否正確，研究人員研究了CIRBP基因的DNA序列變異，以及它是否會(huì)影響個(gè)體龜成為男性或女性的機(jī)會(huì)。他們發(fā)現(xiàn)一些海龜攜帶的CIRBP略有不同：在序列中的特定位置，四堿基DNA代碼中的“A”被“C”代替。

這種變化使基因?qū)囟葻o(wú)反應(yīng)：基因的“C”版本保持穩(wěn)定水平，而不是由產(chǎn)雌溫度誘導(dǎo)。

攜帶這種反應(yīng)遲鈍的“C”版本的人比男性更容易成為男性。海龜之間的這種單字母DNA差異可以解釋大約四分之一的性別決定溫度的遺傳變異，這表明CIRBP的激活是指定性別的關(guān)鍵事件。

值得注意的是，這種CIRBP變體可能部分解釋了一個(gè)關(guān)于鱷龜?shù)钠婀质聦?shí)：來(lái)自不同緯度的種群的性別比率對(duì)溫度的反應(yīng)不同。例如，如果你從明尼蘇達(dá)州和路易斯安那州的鱷龜收集雞蛋并在實(shí)驗(yàn)室中在27°C(80.6°F)溫度下孵化它們，那么在北方收集的雞蛋將產(chǎn)生幾乎所有雄性，而來(lái)自南方的卵將產(chǎn)生大多是女性。這種變化表明該物種的亞種群已經(jīng)進(jìn)化并適應(yīng)其當(dāng)?shù)貧夂颉?/p>

研究小組發(fā)現(xiàn)，明尼蘇達(dá)州北部海龜?shù)?ldquo;C”型CIRBP比來(lái)自明尼蘇達(dá)州南部250英里的海龜更常見(jiàn)，并且在德克薩斯州更遠(yuǎn)的南方人群中未檢測(cè)到。雖然這只是一小部分地點(diǎn)，但趨勢(shì)與每個(gè)人群的性別決定模式一致：“A”版本(使龜更可能是女性)在較低溫度下產(chǎn)生雌性的群體中更為常見(jiàn)。

Rhen說(shuō)，由CIRBP基因(冷誘導(dǎo)型RNA結(jié)合蛋白)編碼的蛋白質(zhì)可能參與感知溫度并將其轉(zhuǎn)化為發(fā)育信號(hào)，以觸發(fā)睪丸或卵巢的形成。來(lái)自其他生物的研究表明，這種蛋白質(zhì)可以通過(guò)與特定基因產(chǎn)生的RNA“信息”結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)溫度依賴性過(guò)程。

“ CIRBP似乎在性別決定中起著至關(guān)重要的作用，”Rhen說(shuō)。“引人注目的部分是我們看到多個(gè)生物水平之間存在一致的關(guān)聯(lián)：DNA水平的變異會(huì)影響基因的激活(表達(dá)成RNA信息)，而這又與個(gè)體龜是男性還是女性有關(guān)。與性別的關(guān)聯(lián)決定了我們是否關(guān)注個(gè)人或家庭，我們甚至看到人口層面的差異。“

但是CIRBP不是唯一的基因在搶購(gòu)指定性別重要龜，數(shù)據(jù)顯示。“有一種常見(jiàn)的誤解，就是必須有一個(gè)”魔彈“基因來(lái)決定性別對(duì)溫度的反應(yīng)，”Rhen說(shuō)。“我們的數(shù)據(jù)表明，多個(gè)溫度傳感器通過(guò)共同作用控制性別。我們?cè)噲D確定該系統(tǒng)的其他組成部分，并確定它們?nèi)绾蜗嗷プ饔靡杂绊懶詣e。更好地理解這些基因的變異可能有一天可以讓我們預(yù)測(cè)如何爬行動(dòng)物物種將在新的氣候制度下發(fā)展。“