我院再发Science揭示龟温度依赖型性别决定的上游调控通路

发布者:周华山发布时间:2020-04-20浏览次数:431


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葛楚天教授和美国杜克大学Blanche Capel教授、Ceri Weber 博士一起科研讨论

科研团队

   我院动物性别与发育研究所的钱国英、葛楚天教授课题组与美国杜克大学Blanche Capel教授课题组合作,在温度依赖型性别决定机理研究上取得了重要进展。

   2020417日,该研究成果以“Temperature-dependent sex determination is mediated by pSTAT3 repression of Kdm6b ”pSTAT3通过抑制Kdm6b调控温度依赖型性别决定)为题,发表在国际顶级学术期刊Science上。葛楚天教授和Blanche Capel教授为本文通讯作者,Ceri Weber博士为第一作者, 浙江万里学院和杜克大学为通讯单位。

   本次论文是钱国英、葛楚天课题组的第二篇Science论文,是我院继2018年发表宁波首篇Science论文后的又一次突破,同时也是宁波地区发表在Science上的第二篇论文。

   温度依赖型性别决定(简称TSD)是一种非常有趣的生命现象,性别由胚胎发育的孵化温度决定,常见于龟、鳄鱼和蜥蜴等爬行动物,半个世纪以来其分子机制一直不清楚。解析TSD机制的关键在于弄清楚温度如何调控性别决定基因。

   2018年,钱国英、葛楚天课题组和Blanche Capel课题组合作研究发现,一种表观遗传因子Kdm6b通过激活性别决定基因Dmrt1来调控红耳龟性别发育,这一重大研究成果发表在Science期刊上,这也是宁波地区的首篇Science

   遗传因子Kdm6b的这种调控作用在鳄鱼和蜥蜴上都存在,极可能具有爬行动物普遍意义。因此,研究温度如何转化成生物信号,是搞清楚TSD机制的一个突破口。针对这一科学问题,合作课题组一鼓作气,在第一篇Science研究成果的基础上,以红耳龟为动物模型进行了多年研究。他们发现,在高温环境下,钙离子能够大量流入性腺体细胞内,通过激活pSTAT3(信号转导与转录激活因子3的磷酸化)继而抑制遗传因子Kdm6b的合成,导致雄性基因无法显现,最终龟就发育为雌性。而在低温环境下,性腺细胞内钙离子水平低,导致pSTAT3水平也低,遗传因子Kdm6b和雄性基因就显现出来了,龟最终就发育为雄性。

   课题组还发现,除钙离子外,pSTAT3还能被其他一些环境感受因子激活,如冷诱导RNA绑定蛋白CIRBP(参与鳄龟性别决定)、离子通道蛋白TRPV4(参与鳄鱼性别决定)和皮质醇(参与雌雄同体鱼的性逆转)等,提示pSTAT3-Kdm6b是众多环境依赖型性别决定(ESD)系统间的一个保守的调控元件,将环境感受和性别决定通路连接起来。该项研究揭示了龟温度依赖型性别决定的上游调控通路,提出了“pSTAT3-KDM6B保守盒”调控假说,为全面破译ESD机制指明了重要方向。

   我院动物性别与发育研究所瞄准国际生命科学前沿,针对水产动物单性育种产业技术重大需求,致力于揭示动物性别决定、性腺发育与环境互作的机制及性控技术研究。在龟鳖动物性别决定和控制等方面取得了一些原创成果,目前在Science累计发表2篇论文,成果入编国际经典生物学教科书《Developmental Biology》第12版。411日,央视10套科教频道播出了该课题组研究生惠航博参与录制的《科学动物园》节目,为大家科普“龟的性别是由温度来决定的”这一有趣现象背后的秘密,体现了研究所定位追求“科研走向教科书,科研走向科普”的学术精神。

   与此同时,我院在与国内外高水平科研团队的合作和交流上也取得重要成果。近期,我院2016级生物工程领域研究生陈铮参与的论文“Two conserved epigenetic regulators prevent healthy ageing”(两个保守的表观遗传调控因子妨碍健康衰老)在国际顶尖学术刊物Nature上发表。该论文以线虫、小鼠、人为研究对象,揭示了两个保守的表观遗传调控因子BAZ-2/BAZ2BSET-6/EHMT1妨碍健康衰老。陈铮在中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心(神经科学研究所)参与了该论文的部分研究工作。