ライオンを想像してください：男性には豊かなたてがみがあり、女性にはありません。 これは、生物学者が性的二型と呼ぶものの古典的な例です。同じ種の2つの性別は、形態や行動の違いを示します。 オスとメスのライオンはほぼ同じ遺伝情報を共有していますが、見た目はかなり異なります。
私たちは、生物が発達する特性の原因として遺伝子を考えることに慣れています。 しかし、実質的に同一の遺伝情報からは、たてがみまたはたてがみのない形質のさまざまな形態が生じる可能性があります。 さらに、特性はすべて同じように性的に二形的ではありません。 孔雀と孔雀の尾は非常に異なっていますが、例えば、足はほとんど同じです。
遺伝学者が表現型変異と呼ぶこの形態の変化がどのように発生するかを理解することは、進化の過程で新しい形質がどのように現れ、生涯に複雑な疾患がどのように現れるかなど、いくつかの科学的質問に答えるために重要です
そこで、研究者はゲノムを詳しく調べて、性別と性別間の特性の違いの原因となる遺伝子を探しました。 これらの性的に二形性の特徴の鍵は、転写因子と呼ばれる一種のタンパク質のようです。その役割は遺伝子を「オン」および「オフ」にすることです。
私たちのフンコロガシとの仕事で、私の同僚と私は、これらの転写因子が実際に男性と女性に見られる異なる特性にどのようにつながるかを明らかにしています。 その多くは、「代替遺伝子スプライシング」と呼ばれるものに関係しています。これは、ビルディングブロックの結合方法に応じて、単一の遺伝子が異なるタンパク質をエンコードできる現象です。
遺伝子ダブルセックスは、一般的なモルモンであるチョウPapilio polytesに視覚的に明らかな性的二型を生じさせます。 女性（上）、男性（下）。 （Jeevan Jose、ケララ、インド、CC BY-SA） 長年にわたり、科学者のさまざまなグループは、性的同一性を形成する遺伝子を特定するために、さまざまな動物と独立して取り組みました。 彼らは、これらの遺伝子の多くが特定の領域を共有していることに気付きました。 この遺伝子領域は、ワーム遺伝子mab-3と昆虫遺伝子doublesexの両方で見つかったため、「doublesex mab関連の転写因子」について、この領域にDMRT遺伝子を含む類似遺伝子を命名しました。
これらの遺伝子は、他の遺伝子の読み取りまたは発現をオンまたはオフにするDMRTタンパク質をコードします。 これを行うために、彼らはDNA内の遺伝子を探し出し、それらの遺伝子に結合し、遺伝情報へのアクセスをより簡単またはより困難にします。 DMRTタンパク質は、ゲノムのどの部分が発現されるかを制御することにより、男性性または女性性に特徴的な製品をもたらします。 それらは、遺伝子の発現を正しい性別と特性に一致させます。
DMRTはほとんど常に男性性をもたらします。 たとえば、DMRTがないと、オスのマウスの精巣組織が悪化します。 DMRTが雌マウスで実験的に生成されると、精巣組織が発生します。 精巣の発達を促進するこの仕事は、魚や鳥から虫やハマグリまで、ほとんどの動物に共通しています。
DMRTは、個体が精巣と卵巣の両方を発達させる動物に雄性を付与します。 同じ個体内で生殖腺が雌から雄へ、またはその逆に変化する連続的な雌雄同体症を示す魚では、DMRT発現のワックス化と衰弱は、それぞれ精巣組織の出現と退行をもたらします。 同様に、卵で経験した温度に基づいて雄または雌になるカメでは、雄が促進する温度にさらされた胚の生殖組織でDMRTが生成されます。
昆虫では状況が少し異なります。 第一に、性的二型の生成におけるDMRT（ doublesex ）の役割は、生殖腺を超えて、口部、ウィングスポット、および「性的櫛」と適切に名付けられた交尾毛を含む身体の他の部分にまで広がっています。
断片がどのように組み立てられるかに応じて、1つの遺伝子は多くの異なるタンパク質をもたらします。 （クリス・レドン=レティグ、CC BY-ND） 第二に、オスとメスの昆虫は、「代替遺伝子スプライシング」と呼ばれるものを介して、独自のバージョンのダブルセックスタンパク質を生成します。これは、単一の遺伝子が複数のタンパク質をコードする方法です。 遺伝子をタンパク質に変える前に、遺伝子を「オン」にする必要があります。 つまり、タンパク質の構築方法に関する指示に転写されます。
しかし、指示には有用な情報と無関係な情報の両方の領域が含まれているため、最終的なタンパク質の指示を作成するには、有用な部分をつなぎ合わせる必要があります。 有用な領域をさまざまな方法で組み合わせることにより、単一の遺伝子で複数のタンパク質を生成できます。 オスとメスの昆虫では、この選択的遺伝子スプライシングにより、性別ごとにダブルセックスタンパク質の挙動が異なります。
したがって、女性では、 doublesex遺伝子からの命令にはセクション1、2、3が含まれ、男性では同じ命令には2と3のみが含まれます。結果として生じる異なるタンパク質は、それぞれ遺伝コードのどの部分に影響を与えますたとえば、大きな口器を持つ男性と、持たない女性につながります。
ダブルセックスの男性と女性の形態はどのように遺伝子を調節して男性と女性の形質を作り出すのですか？ 私たちの研究グループは、フンコロガシを使用してこの質問に答えました。フンは、種が非常に多く（2, 000を超える）、広範（南極を除くすべての大陸に生息）で、用途が広い（あらゆる種類の糞を消費する）性的に二形性の特徴に驚くほどの多様性を示しています：角。
クワガタムシCyclommatus metalliferのdoublesex遺伝子のおかげで、男性の下顎骨（右）は女性の下顎骨（左）よりもはるかに大きくなっています。 （http://dx.doi.org/10.1371/journal.pgen.1004098） 私たちは雄の頭のフンコロガシOnthophagus taurusに注目しました。雄は大きな雄牛のような頭の角を作りますが、雌は角のないままです。 doublesexタンパク質は2つの方法で遺伝子を調節できることがわかりました。
ほとんどの特性では、性別ごとに異なる遺伝子を調節します。 ここで、 ダブルセックスは、2つの可能性のある性的結果の間の「スイッチ」として機能するのではなく、それぞれの性別に雄性と雌性を独立して授けます。 別の言い方をすれば、これらの特性は、男性になるか女性になるかという二者択一の決定に直面せず、単に無性であり、さらなる指導の準備ができています。
ストーリーはフンコロガシの頭の角によって異なります。 この場合、 doublesexはスイッチのように機能し、両性で同じ遺伝子を逆方向に調節します。 女性のタンパク質は、そうでなければ男性の男性のタンパク質によって促進される女性の遺伝子を抑制しました。 これを行うための進化的インセンティブがあるのはなぜですか？
私たちのデータは、女性のダブルセックスタンパク質が「性的拮抗」として知られることを避けるためにこれを行うことを示唆しました。自然界では、フィットネスは自然選択と性的選択の両方によって形作られます。 自然選択は生存率を高める形質を好み、一方、性選択は仲間へのアクセスを増やす形質を好みます。
時々これらの力は一致しますが、常にそうではありません。 オスのO. taurusの大きな頭の角は、仲間へのアクセスを増加させますが、同じ角は、子孫を飼育するために地下をトンネルしなければならない女性にとっては面倒です。 これは、種間の全体的な適応度を制限する性別間の緊張、または性的拮抗を生み出します。 しかし、雌のダブルセックスタンパク質が雄の角の成長の原因となる遺伝子を「オフ」にすると、種全体が良くなります。
私たちの進行中の研究は、フンコロガシの性的二形性の広大な多様性を生み出すために、 ダブルセックスがどのように進化したかを扱っています。 種を超えて、角はさまざまな体の部位に見られ、質の高い食事に応じて異なって成長し、男性ではなく女性でも発生する可能性があります。
たとえば、 Onthophagus sagittariusでは、雄が角のないままであるのに対して、かなりの角を成長させるのは雌です。 この種はO. taurusからわずか500万年しか分岐していません。これは、昆虫の進化のバケツでのほんの一瞬の時間です。 見通しのために、カブトムシは約2億2500万年前にハエから分岐しました。 これは、 ダブルセックスが急速に進化して、角の発達の基礎となる遺伝子の調節を獲得、切り替え、または修正できることを示唆しています。
性的に二形性の昆虫の形質におけるダブルセックスの役割を理解することは、他の動物、さらには人間の表現型の変化を理解するのにどのように役立ちますか？
DMRTは哺乳類ではたった1つの形態としてスプライシングされ、主に男性で作用するという事実にもかかわらず、他のヒト遺伝子の大部分は選択的にスプライシングされています。 昆虫のダブルセックス遺伝子と同様に、ほとんどのヒト遺伝子にはさまざまな領域があり、それらをさまざまな順序でつなぎ合わせてさまざまな結果を得ることができます。 オルタナティブスプライシングされた遺伝子は、それらが発現する性別または形質に基づいて、明確な、または反対の効果を持つことができます。コンテキストに応じて。
最後に、謙虚なフンコロガシの角は、人間を含む動物の形態の広大な複雑さの根底にあるメカニズムを覗くことができます。
この記事はもともとThe Conversationで公開されました。
CrisLedón-Rettig、インディアナ大学生物学博士、ブルーミントン
