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秀丽隐杆线虫能以雌雄间性个体进行繁殖

2011/12/08 来源:搜狐
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导读
一些动物(包括人类和其它哺乳动物)使用一种特殊染色体性鉴别系统——雌性拥有两个X染色体,而雄性拥有一个X染色体和一个Y染色体。目前,研究人员发现某些蠕虫甚至能够以雌雄间性的方式进行繁殖。

据国外媒体报道,为了繁育后代至少需要两性物种进行繁殖,但在自然界中存在着许多方式产生不同的性别。一些动物(包括人类和其它哺乳动物)使用一种特殊染色体性鉴别系统——雌性拥有两个X染色体,而雄性拥有一个X染色体和一个Y染色体。目前,研究人员发现某些蠕虫甚至能够以雌雄间性的方式进行繁殖。

科学家发现秀丽隐杆线虫能以雌雄间性个体进行繁殖

另一方面,对于一些爬行动物,性别决定依赖于温度,胚胎孵化在不同的温度将决定后代是否形成雄性或者雌性。然而如果动物不能进行繁殖,那么与性别有关的基因突变将变得非常危险。

研究人员长期置疑雌雄间性现象是如何发生变异的,我们认为性别决定性具有较高的保存性,这意味着基因中的任何变异都可能出现问题,同时很快被自然选择所淘汰。相反,有证据表明这些基因进化非常快,并在物种之间产生很大的分歧。在性别决定的中间进化阶段究竟发生了什么呢?

在正常情况下,像蠕虫一样的秀丽隐杆线虫拥有一个染色体性决定系统:多数个体的染色体是XX,它们是可以自受精繁殖的真实雌雄同体,但也可以和拥有一个X染色体的雄性进行异性交配,并发育形成雄性生殖腺。这项研究报告发表在《进化》杂志上,美国密歇根州大学博士后研究员克里斯多夫-钱德勒和助理教授伊恩-德沃金,以及爱荷华州和俄勒冈州大学的研究同事使用进化实验来测试秀丽隐杆线虫如何克服染色体性决定系统的变化。

研究人员使用具有温度相关性决定系统的秀丽隐杆线虫突变株进行了实验,在较低温度下,秀丽隐杆线虫进化形成雌雄同体,但如果在发育阶段暴露在较高温度,它们就会形成雄性。他们通过将秀丽隐杆线虫幼体暴露于适中温度,就会形成雌雄间性个体。这种雌雄间性个体兼具雄性和雌性特征,很难进行繁殖。

之后钱德勒和同事使用低生育能力的雌雄间性个体繁殖了50代,在这个过程中,他们测量了后代的性别比率和繁殖能力。秀丽隐杆线虫的性别很容易通过尾部进行识别:雄性长着圆形的尾尖;而雌性长着鞭状尾部,有突出的尾尖,在尾尖附近很容易地看到它们的卵。这种雌雄间性动物兼具两性特征,圆形尾尖的个体时常携带着卵。

在实验末期,尽管处于之前产生雌雄间体的适中温度,所有实验个体均返归典型的性别比率和较高的繁殖能力。研究人员发现这些动物在性决定基因表达方面并未产生任何变化。钱德勒说:“它们好像是通过其他基因机制进行补偿抵消,很可能存在许多差异性。”

换句话说,其它基因将进化补偿性决定基因所产生的变化,在某种程度上可使个体进化形成雄性或者雌性,而不是雌雄间体。这项研究对于理解生物进化进程具有重要影响。

 

EXPERIMENTAL EVOLUTION OF THE CAENORHABDITIS ELEGANS SEX DETERMINATION PATHWAY

Christopher H. Chandler, Genna E. Chadderdon, Patrick C. Phillips, Ian Dworkin, Fredric J. Janzen

Sex determination is a critical developmental decision with major ecological and evolutionary consequences, yet a large variety of sex determination mechanisms exist and we have a poor understanding of how they evolve. Theoretical and empirical work suggest that compensatory adaptations to mutations in genes involved in sex determination may play a role in the evolution of these pathways. Here, we directly address this problem using experimental evolution in Caenorhabditis elegans lines fixed for a pair of mutations in two key sex-determining genes that jointly render sex determination temperature-sensitive and cause intersexual (but still weakly to moderately fertile) phenotypes at intermediate temperatures. After 50 generations, evolved lines clearly recovered toward wild-type phenotypes. However, changes in transcript levels of key sex-determining genes in evolved lines cannot explain their partially (or in some cases, nearly completely) rescued phenotypes, implying that wild-type phenotypes can be restored independently of the transcriptional effects of these mutations. Our findings highlight the microevolutionary flexibility of sex determination pathways and suggest that compensatory adaptation to mutations can elicit novel and unpredictable evolutionary trajectories in these pathways, mirroring the phylogenetic diversity, and macroevolutionary dynamics of sex determination mechanisms.

文献链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1558-5646.2011.01420.x/abstract

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