近日,浙江萬里學(xué)院錢國英、葛楚天教授團隊與美國杜克大學(xué)Blanche Capel教授團隊合作,在龜鱉動物性別決定研究領(lǐng)域取得重要進展。5月11日,該研究成果以 “The histone demethylase KDM6B regulates temperature- dependent sex determination in a turtle species” (組蛋白去甲基化酶KDM6B調(diào)控一種龜?shù)臏囟纫蕾囆托詣e決定)為題,發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Science》(《科學(xué)》)上。這是寧波地區(qū)首次在《Science》期刊上發(fā)表研究論文,是一次歷史性的突破。 溫度依賴型性別決定(temperature-dependent sex determination,TSD),是一種奇特的表型可塑性現(xiàn)象,其特征是動物缺乏性染色體,性別完全取決于胚胎發(fā)育的環(huán)境溫度,常見于爬行動物(如龜)。自1966年Charnier發(fā)現(xiàn)TSD現(xiàn)象以來,其分子機理一直是未解之謎。TSD機制的解析主要在于解答兩個科學(xué)問題:(i)哪個(些)基因啟動未分化性腺向睪丸或卵巢分化?(ii)溫度如何調(diào)控這些基因的表達?該團隊前期通過新建立的基因功能研究方法,鑒定了一個啟動中華鱉和紅耳龜雄性性腺分化的關(guān)鍵基因Dmrt1(Development, 2017;Scientific Reports, 2017)。因此,破譯TSD分子機制的關(guān)鍵在于解析溫度通過何種機制激活或抑制性腺分化啟動基因的表達? 表觀調(diào)控機制,包括組蛋白修飾、DNA甲基化和非編碼RNA,能將環(huán)境因素和基因表達聯(lián)系起來,而TSD動物雌雄個體基因組DNA序列完全一致,性別性狀卻差異顯著,因此表觀遺傳很可能參與調(diào)控TSD。錢國英、葛楚天教授團隊發(fā)現(xiàn),組蛋白H3第27位賴氨酸(H3K27)去甲基化酶KDM6B在紅耳龜未分化性腺中呈現(xiàn)溫度依賴型二態(tài)性表達分布,并且溫度置換實驗顯示,在性腺分化前,Kdm6b能快速響應(yīng)溫度變化。令人驚奇的是,他們通過RNA干擾將產(chǎn)雄溫度(male-producing temperature, MPT)胚胎Kdm6b敲低后發(fā)現(xiàn),80-87%的MPT胚胎出現(xiàn)雄性向雌性性逆轉(zhuǎn)。他們還發(fā)現(xiàn),KDM6B通過消除啟動子區(qū)H3K27三甲基化標記,直接促進紅耳龜雄性性別決定基因Dmrt1的表達。并且,Dmrt1的過表達能夠恢復(fù)由Kdm6b缺陷引起的性逆轉(zhuǎn)。該項研究闡明了Kdm6b在紅耳龜TSD中的生物學(xué)功能及其作用機制,為“表觀遺傳機制調(diào)控TSD”假說提供了首個直接的遺傳證據(jù),繼而為進一步破譯TSD機制奠定基礎(chǔ)。 |
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