꿀벌의 성적으로 이형적인 눈 분화를 조절하는 유전자 스위치의 기능과 진화

Nature Communications 14권, 기사 번호: 463(2023) 이 기사 인용

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동물은 유기체마다 다양한 성별에 따른 형태학적 구조를 발달시킵니다. 그러나 이러한 특성을 지배하는 발달 및 진화 메커니즘을 이해하는 것은 여전히 ​​​​제한적이며 유전자 모델에서 확인된 보존된 성별 특정 발달 조절자인 DM 도메인 유전자에 크게 제한됩니다. 여기에서 우리는 꿀벌의 성적으로 이형적인 눈 분화를 선택적으로 조절하는 성별 발달 조절 유전자인 glubschauge(glu)를 보고합니다. 우리는 성 결정 유전자 feminizer(fem)가 glu 전사체의 성별별 접합을 제어하여 아연 핑거(ZnF) 도메인이 있는 Glu 단백질이 암컷에서만 발현되는 유전자 스위치를 설정한다는 것을 발견했습니다. 우리는 여성 코딩 서열이 부분 여성화에 필수적이며 충분하다는 것을 보여주었습니다. 비교 순서 및 기능적 연구를 통해 유전자 스위치의 진화적 기원 뒤에 필수 ZnF 도메인의 돌연변이 기원이 뒤따르는 것으로 나타났습니다. 우리의 결과는 glu가 이형 특성의 지역별 조절을 위해 새로 진화된 성별별 유전자 스위치임을 보여줍니다.

남성과 여성의 형태적 차이는 동물 유기체에서 매우 흔합니다. 그러한 성적 이형성의 발달은 직간접적으로 착용자의 적합성을 향상시킵니다. 일부 딱정벌레의 과장된 뿔과 공작 꼬리의 색상 패턴 및 크기는 그러한 성적 이형성 구조의 흥미로운 예를 제공합니다. 다양한 동물 계통에서 새로운 성적 특성이 진화적으로 출현하면서 유기체들 사이에 현저한 차이가 드러났습니다. 그러나 성적 이형성을 지배하는 분자 발달 및 진화 메커니즘에 대한 우리의 지식은 여전히 ​​제한적입니다. 이는 부분적으로 연구가 제한된 수의 성적 이형성 특성에 초점을 맞추고 발달 조절 인자에 대한 체계적인 검색이 극소수의 유전 모델에서 수행되었기 때문입니다.

성 결정은 일반적으로 유전자 계단식을 통해 성적 분화의 중재 측면을 담당하는 성별에 따라 제어되는 발달 조절 장치로 변환되는 이진 신호를 설정합니다. 척추동물에서는 성 결정 경로가 생식선의 성별을 결정합니다. 생식선은 생식선이 아닌 조직의 성적 운명을 조절하는 성호르몬을 생성합니다. 무척추동물에서 일차 성 결정 신호는 전사 인자인 발달 조절 인자로 전달됩니다. 그 결과는 순전히 세포 자율적이지만 성적인 운명에 대한 조정된 결정입니다. 무척추동물의 성적 이형성에 대한 주요 발달 조절 인자 중 하나는 DM 도메인 유전자입니다. 이 유전자는 아연 핑거 모티프 유형의 DNA 결합 도메인이 얽혀 있는 DM 도메인 유형의 전사 인자를 코딩하며 생식 기관의 지정에 관여합니다1,5. 다른 신체 부위의 DM 도메인 유전자에 의해 조절되는 성적 이형성은 Caenorhabditis elegans의 수컷 이야기 형태 형성6,7, 갑각류 Daphnia magna의 수컷 특정 더듬이 및 교접 흉부 갈고리, Drosophila melanogaster9,10의 수컷 앞다리에 있는 성 빗, 성적으로 이형성입니다. 일부 딱정벌레11,12,13 및 기타 특성4,14,15,16,17,18의 과장된 뿔 구조. 이러한 연구에서 나타나는 일반적인 특징은 DM 도메인 유전자가 성별에 따른 유전자 스위치로 작동하는 발달 조절자라는 것입니다. 왜냐하면 DM 도메인 유전자는 한 성별(ON 또는 OFF 활동 상태)로 제한되거나 성별 간에 구별되는 활동을 제공하기 때문입니다. 체계적인 스크린을 통해 doublesex(dsx) 유전자(곤충의 DM 도메인 유전자 중 하나)가 D. melanogaster의 성적 분화의 주요 발달 조절자인 것으로 나타났습니다. 왜냐하면 이 유전자가 이 종의 거의 모든 성적 이형성 특성을 지정하기 때문입니다19,20. 그러나 다른 성적 이형성 특성이 어떻게 규제되는지는 거의 알려져 있지 않습니다.