A função e evolução de um interruptor genético que controla a diferenciação ocular sexualmente dimórfica em abelhas

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 463 (2023) Citar este artigo

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Os animais desenvolvem estruturas morfológicas específicas do sexo que são diversas entre os organismos. No entanto, a compreensão dos mecanismos de desenvolvimento e evolução que regem essas características ainda é limitada e amplamente restrita aos genes de domínio DM, que são reguladores de desenvolvimento específicos do sexo, conservados, identificados em modelos genéticos. Aqui, relatamos um gene regulador de desenvolvimento específico do sexo, glubschauge (glu) que regula seletivamente a diferenciação ocular sexualmente dimórfica em abelhas. Descobrimos que o gene de determinação do sexo feminizer (fem) controla o splicing específico do sexo dos transcritos glu, estabelecendo uma mudança genética na qual as proteínas Glu com um domínio de dedo de zinco (ZnF) são expressas apenas em mulheres. Mostramos que a sequência de codificação feminina foi essencial e suficiente para a feminização parcial. A sequência comparativa e os estudos funcionais revelaram que a origem evolutiva da mudança genética foi seguida pela origem mutacional do domínio ZnF essencial. Nossos resultados demonstram que glu é um interruptor genético específico do sexo recém-desenvolvido para a regulação específica da região de um caráter dimórfico.

Diferenças morfológicas entre machos e fêmeas são muito comuns em organismos animais. O desenvolvimento de tal dimorfismo sexual aumenta direta ou indiretamente a aptidão do portador. Os chifres exagerados de alguns besouros e o padrão de cores e tamanho da cauda do pavão fornecem exemplos intrigantes de tais estruturas sexualmente dimórficas. A emergência evolutiva de novas características sexuais em diferentes linhagens de animais estabelece diferenças notáveis ​​entre os organismos. No entanto, nosso conhecimento sobre o desenvolvimento molecular e os mecanismos evolutivos que regem o dimorfismo sexual ainda é limitado. Isso ocorre em parte porque o trabalho se concentrou em um número limitado de características sexualmente dimórficas, e buscas sistemáticas por reguladores do desenvolvimento foram realizadas em poucos modelos genéticos.

A determinação do sexo estabelece um sinal binário que geralmente é transduzido por meio de uma cascata de genes para reguladores de desenvolvimento controlados especificamente pelo sexo, responsáveis ​​por mediar aspectos da diferenciação sexual1,2,3. Nos vertebrados, a via de determinação do sexo determina o sexo da gônada. As gônadas produzem hormônios sexuais que regulam o destino sexual dos tecidos não gonadais. Em invertebrados, o sinal primário de determinação do sexo é transduzido para reguladores de desenvolvimento que são fatores de transcrição. O resultado é uma decisão puramente celular autônoma, mas coordenada, sobre o destino sexual. Um regulador de desenvolvimento chave para o dimorfismo sexual em invertebrados é o gene do domínio DM1,2,4. Este gene codifica um fator de transcrição do tipo domínio DM com um domínio de ligação ao DNA do tipo dedo de zinco entrelaçado e está envolvido na especificação de órgãos reprodutivos1,5. Os dimorfismos sexuais regulados pelos genes do domínio DM em outras partes do corpo são a morfogênese masculina em Caenorhabditis elegans6,7, a antena específica do macho e o gancho torácico copulatório no crustáceo Daphnia magna8, pentes sexuais nas patas dianteiras masculinas em Drosophila melanogaster9,10, sexualmente dimórfico estruturas de chifre exageradas em alguns besouros11,12,13 e outras características4,14,15,16,17,18. Uma característica geral que emerge desses estudos é que os genes de domínio DM são reguladores do desenvolvimento que operam como interruptores genéticos específicos do sexo, uma vez que fornecem atividade limitada a um sexo (estados de atividade ON ou OFF) ou distinta entre os sexos. Rastreios sistemáticos revelaram que o gene doublesex (dsx) (que é um dos genes do domínio DM em insetos) é o principal regulador do desenvolvimento da diferenciação sexual em D. melanogaster, uma vez que especifica quase todas as características sexualmente dimórficas nesta espécie19,20. No entanto, como outras características sexualmente dimórficas são reguladas é amplamente desconhecida.