„Geschlechtsbestimmung“ bezieht sich auf den Prozess, durch den sich der Embryo aufgrund bestimmter Schlüsselsignale in den frühen Stadien der Embryonalentwicklung zu einem Mann oder einer Frau entwickelt.

Genetische Geschlechtsbestimmung (Genetic Sex Determination, GSD) ist weit verbreitet, das heißt, wenn sich ein weibliches XX mit einem männlichen XY verbindet, um die nächste Generation befruchteter Eizellen zu bilden, stellt die Mutter das X-Chromosom zur Verfügung und das X, das der Vater erbt, entwickelt sich zu einem Weibchen und Das Y, das den Vater erbt, entwickelt sich zu einem Mann.

Zusätzlich zur erblichen Geschlechtsbestimmung kann das Geschlecht mancher Organismen auch durch die Umgebung, in der sie leben, bestimmt werden, was als umweltbedingte Geschlechtsbestimmung (Environmental Sex Determination, ESD) bezeichnet wird. Die Entdeckung dieses Mechanismus stellt nicht nur unsere traditionelle Wahrnehmung der Geschlechtsbestimmung in Frage, sondern öffnet auch ein neues Fenster in das Geheimnis des Lebens.

Was sind das für Organismen?

sind umweltbedingt geschlechtsbestimmt?

Der Schlüssel zu den Mechanismen zur Geschlechtsbestimmung in der Umwelt liegt in Umweltfaktoren wie Temperatur, Licht und Ernährungszustand.

In der Tiefsee beispielsweise kann die leuchtende Körperfarbe männlicher Red Snapper-Fische besondere Signale senden, die bei der Partnerwahl der Weibchen eine wichtige Rolle spielen, und wenn die Körperfarbe des Männchens verschwindet, können es die stärksten Weibchen sein Sie erleben eine Geschlechtsumkehr und werden zu Männern, indem sie große Mengen männlicher Hormone absondern, was zur Degeneration ihrer Eierstöcke führt.

Ein weiteres Beispiel sind Salzwassergarnelen, deren Geschlechtsbestimmung von der Intensität des Lichts abhängt. Dabei entwickeln sich Individuen, die längerem Licht ausgesetzt sind, zu Weibchen, während sich Individuen, die kurzzeitigem Licht ausgesetzt sind, zu Männchen entwickeln.

Rotohrschildkröte:

Niedrige Temperatur ist männlich, hohe Temperatur ist weiblich

Als gewöhnliches Reptil verfügt die Geschlechtsentwicklung von Rotohrschildkröten über einen einzigartigen temperaturabhängigen Geschlechtsbestimmungsmechanismus (TSD): Er bezieht sich auf die Tatsache, dass während des Inkubationsprozesses die Inkubationstemperatur in einem bestimmten Stadium (temperaturempfindlicher Zeitraum) variiert. kann letztendlich das Geschlecht der jungen Schildkröten bestimmen.

Es gibt drei Stadien der Keimdrüsenentwicklung bei Rotohrschildkröten: bidirektionale Entwicklung, geschlechtsbestimmend und Geschlechtsentwicklung.

Während der temperaturempfindlichen Periode (d. h. der geschlechtsbestimmenden Periode) kann die Temperatur die Richtung der Drüsen bestimmen: Hohe Temperaturen (z. B. 31 °C) neigen dazu, weibliche Nachkommen hervorzubringen, und niedrige Temperaturen (z. B. 26 °C) neigen dazu, männliche Nachkommen zu zeugen.

Von Rotohrschildkröten bis hin zu Krokodilen, von bestimmten Schlangenarten bis hin zu Eidechsen werden immer mehr Tiere mit dieser einzigartigen Methode zur Geschlechtsbestimmung gesichtet.

Wie genau übt die Temperatur also ihre „Magie“ aus und bestimmt zu Beginn des Lebens still und leise das Geschlecht des neuen Lebens?

Der zugrunde liegende Mechanismus von

Welche Temperatur bestimmt die Sorte?

Frühere Studien haben gezeigt, dass hohe Temperaturen (31 °C) zu einem Anstieg der Kalziumionen in den Körperzellen von Rotohrschildkröten führen, das heißt, Kalziumionen dringen in die Gonadenzellen ein und aktivieren dadurch einen Transkriptionsregulator namens pSTAT3, der wiederum hemmt die Expression des Epifaktors Kdm6b, hemmt dann die Expression des männlichen geschlechtsbestimmenden Gens Dmrt1 und fördert schließlich die Entwicklung von Schildkröteneiern zu Weibchen. Bei niedrigen Temperaturen waren die pSTAT3-Werte niedrig und aus Rotohrschildkröten entwickelten sich Männchen.

Die genetischen Regulationswege der weiblichen Geschlechtsbestimmung sind jedoch nicht vollständig verstanden.

Kürzlich entdeckte Du Weiguos Team vom Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, dass temperaturinduzierte pSTAT3-Signale die weibliche Geschlechtsentwicklung von Rotohrschildkröten bestimmen.

Die Forscher fanden heraus, dass zwei wichtige Moleküle bei diesem Prozess eine Rolle spielen: pSTAT3 und FoxI2. pSTAT3 ist ein Transkriptionsfaktor, der dabei helfen kann, das Schalten anderer Gene zu kontrollieren; FoxI2 ist ein Gen, das an der Geschlechtsbestimmung beteiligt ist.

Bei hohen Temperaturen (31 °C) werden sowohl pSTAT3 als auch FoxI2 in den Keimdrüsen von Rotohrschildkröten aktiv, was dazu führt, dass sich Rotohrschildkröten zu Weibchen entwickeln. Wenn die Temperatur jedoch niedrig ist (26 °C), ist pSTAT3 nicht so aktiv und FoxI2 funktioniert nicht und die Rotohrschildkröte entwickelt sich zu einem Männchen.

Die Wissenschaftler führten auch einige Experimente durch, um die Wirkung von pSTAT3 zu testen: Sie verwendeten Medikamente, um die Aktivität von pSTAT3 zu modulieren, und fanden heraus, dass die Hemmung von pSTAT3 bei 31 °C (weibliche Temperatur) oder die Aktivierung von pSTAT3 bei 26 °C (männliche Temperatur) induziert Geschlechtsumkehr im Embryo. Dies deutet darauf hin, dass pSTAT3 einen großen Einfluss auf die Geschlechtsentwicklung hat.

Um dies weiter zu bestätigen, führten Wissenschaftler auch ein Experiment durch – ein Chromatin-Immunpräzipitationsexperiment. Experimente haben gezeigt, dass das pSTAT3-Protein bei hohen Temperaturen (31 °C, weibliche Temperatur) in der Foxl2-Promotorregion (der primären Funktionsregion der Genexpression) stark angereichert ist, bei niedrigen Temperaturen (26 °C, männliche Temperatur) kann dies jedoch der Fall sein binden auch an die Priming-Region von FoxI2, wenn pSTAT3 durch Medikamente aktiviert wird. Dies legt nahe, dass pSTAT3 die Expression des FoxI2-Gens kontrolliert.

Schließlich haben Wissenschaftler auch herausgefunden, dass durch Veränderungen der pSTAT3-Aktivität verursachte Geschlechtsveränderungen durch eine künstliche Erhöhung oder Verringerung der FoxI2-Expression rückgängig gemacht werden können. Wenn beispielsweise die Hemmung von pSTAT3 dazu führt, dass sich die Rotohrschildkröte bei hohen Temperaturen (31 °C) von einem Weibchen in ein Männchen verwandelt, können die weiblichen Eigenschaften der Rotohrschildkröte durch eine Erhöhung der Expression von FoxI2 wiederhergestellt werden. Wenn bei niedrigen Temperaturen (26 °C) die Aktivierung von pSTAT3 durch Medikamente dazu führt, dass sich die Rotohrschildkröte von einem Männchen in ein Weibchen verwandelt, können durch die Verringerung der Expression von FoxI2 die männlichen Merkmale der Rotohrschildkröte verändert werden restauriert.

Insgesamt zeigt diese Studie, wie die Temperatur das Geschlecht von Rotohrschildkröten bestimmt, indem sie die Aktivität von pSTAT3 und FoxI2 beeinflusst. Dies ist ein sehr interessantes Ergebnis, da es zeigt, wie Umweltfaktoren die Geschlechtsentwicklung von Organismen direkt beeinflussen.

Epilog

Diese Studie deckte die Schlüsselrolle von pSTAT3 bei der Bestimmung weiblicher und männlicher Signalwege auf, zeigte den Weg zu einem umfassenden Verständnis der Mechanismen der umweltabhängigen Geschlechtsbestimmung (ESD) und bot eine andere Perspektive für unser Verständnis der biologischen Geschlechtsbestimmung und Entwicklungsprozesse.

In Zukunft können die Ergebnisse dieser Forschung sogar einen wertvollen Hinweis für den Schutz gefährdeter, schwer reproduzierbarer Wildtiere und die reproduktive Gesundheit unserer Menschen liefern!