Temperature-Dependent Male Sex Determination in the Red-Eared Slider Turtle

红耳龟的雄性性别决定取决于温度

基本信息

  • 批准号:
    0095753
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2001
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2001-03-01 至 2005-02-28
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Many egg-laying reptiles lack sex chromosomes, depending instead upon the incubation temperature of the egg to determine the sex of their offspring, a process known as temperature-dependent sex determination (TSD). How temperature both stimulates and inhibits genetic cascades to determine the type of gonad and direct sexual differentiation is the focus of this application. This investigator and his colleagues have developed the red-eared slider turtle (Trachemys scripta elegans) as an animal model system to study TSD. These researchers have demonstrated that male and female gonadal development are the result of separate genetic cascades influenced by steroid hormones, and that specific enzymes activate or inhibit steroid hormone effects on sex determination. In the red-eared slider system, female (or ovary) determination involves estrogens whereas male (or testis) determination involves nonaromatizable androgens. Mammals and turtles share a common evolutionary history and recent findings indicate that despite a difference in the trigger (environmental temperature vs. sex chromosomes), the red-eared slider shares many characteristics of sexual development with the mammalian system, including the same genes involved along the sex determination pathway. Experiments are designed to identify the genes involved in testis formation and then to determine how temperature and sex hormones accomplish this feat. For example, relative levels of gene expression will be measured using quantitative reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) and Northern blot analysis. Localization of gene expression will be analyzed with in situ hybridization. The ability to manipulate sex in a primitive vertebrate species by incubation temperature, exogenous hormones, and other agents provides unparalleled experimental control, thereby enabling more detailed analysis of the normal pattern of gene expression during sex determination than is possible with other amniotes (reptiles, birds and mammals are known as the amniote or higher vertebrates) having sex chromosomes. This work is important for several reasons. First, it has long been assumed that steroid hormones of maternal or embryonic origin are not involved in gonad formation in mammals and birds. The work with TSD reptiles indicates that this conclusion may be premature. Second, since TSD may represent the evolutionary precursor to sex chromosomes, potential temperature and steroid effects in sex determination may be present, but partly or wholly masked, in warm-blooded vertebrates. Third, temperature has not been adequately investigated as a factor in steroid hormone action at the genetic level in warm-blooded animals despite numerous studies documenting how both hormone responsiveness and hormone action are markedly dependent on temperature.
许多产卵爬行动物缺乏性染色体,而是依赖于卵的孵化温度来确定其后代的性别,这一过程被称为温度依赖性性别决定(TSD)。 温度如何刺激和抑制遗传级联反应,以确定性腺的类型和直接的性别分化是这个应用程序的重点。 本研究员及其同事开发了一种研究TSD的动物模型系统,即红耳滑龟(Trachemys scripta elegans)。这些研究人员已经证明,男性和女性性腺发育是类固醇激素影响的单独遗传级联的结果,并且特定的酶激活或抑制类固醇激素对性别决定的影响。 在红耳滑块系统,女性(或卵巢)的决定涉及雌激素,而男性(或睾丸)的决定涉及nonaromatizable雄激素。 哺乳动物和海龟有着共同的进化历史,最近的研究结果表明,尽管触发因素(环境温度与性染色体)不同,但红耳滑块与哺乳动物系统共享许多性发育特征,包括沿着性别决定途径参与的相同基因。 实验的目的是确定参与睾丸形成的基因,然后确定温度和性激素如何完成这一壮举。 例如,将使用定量逆转录酶聚合酶链反应(RT-PCR)和北方印迹分析来测量基因表达的相对水平。 将用原位杂交分析基因表达的定位。 通过培养温度、外源激素和其他试剂操纵原始脊椎动物物种性别的能力提供了无与伦比的实验控制,从而能够比其他具有性染色体的脊椎动物(爬行动物、鸟类和哺乳动物被称为脊椎动物或高等脊椎动物)更详细地分析性别决定过程中基因表达的正常模式。 这项工作之所以重要,有几个原因。 首先,长期以来一直认为母体或胚胎来源的类固醇激素不参与哺乳动物和鸟类性腺的形成。 对TSD爬行动物的研究表明,这一结论可能为时过早。 第二,由于TSD可能代表性染色体的进化前体,潜在的温度和类固醇的性别决定的影响可能存在,但部分或全部掩盖,在温血脊椎动物。 第三,温度还没有被充分调查的一个因素,在类固醇激素的作用在温血动物的遗传水平,尽管大量的研究记录激素的反应和激素的作用是如何显着依赖于温度。

项目成果

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