Dissecting the origins of a complex reproductive trait: nematode self fertility

剖析复杂生殖性状的起源：线虫自交

• 批准号: 9216579
• 负责人: RONALD E ELLIS
• 金额: $ 30.59万
• 依托单位: ROWAN UNIVERSITY SCHOOL/OSTEOPATHIC MED
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2017
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2017-01-01 至 2020-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9216579
• 关键词: Address; Affect; Aging; Animal Model; Animals; Area; Behavior; Biology; Caenorhabditis; Comparative Study; Complex; Deltastab; Development; Developmental Biology; Evolution; Female; Fertility; GLI Family Protein; Gene Expression Regulation; Genes; Genetic; Genetic Processes; Genetic Screening; Genome; Germ Cells; Health; Human; Human Development; Hybrids; Informal Social Control; Knock-out; Laboratories; Learning; Life Style; Malignant Neoplasms; Medical; Methods; Modeling; Molecular Models; Mutation; Natural experiment; Nematoda; Oocytes; Partner in relationship; Pathway interactions; Play; Process; RNA Interference; Recording of previous events; Regulation; Reproduction; Reproductive Behavior; Research; Role; Self-control as a personality trait; Series; Sexual Development; Sperm Count Procedure; Spermatogenesis; System; Testing; Time; Work; base; comparative; darwinism; egg; experimental study; genetic resource; interest; male; molecular modeling; mutant; novel; offspring; reproductive; reverse genetics; sex determination; sperm cell; sperm quality; theories; tool; trait

One  of  the  most  important  questions  in  evolutionary  biology  is  how  new  traits  originate.  To  find  answers,  this  proposal  focuses  on  the  origin  of  self-­‐‑fertility  in  some  species  of  roundworms.  These  species  produce  hermaphrodites  that  look  like  females,  but  make  their  own  sperm  and  fertilize  their  own  eggs.  Surprisingly,  these types of hermaphrodites evolved independently on many separate occasions. Thus, genetic comparisons  between different roundworm species provide a natural system for learning about evolution in the laboratory.  Two  of  these  species  are  particularly  useful.  C.  nigoni  is  male/female  ,  but  C.  briggsae  makes  hermaphrodites.  Despite this dramatic difference, the two species are so closely related that they can mate and produce fertile  offspring. Hence, genetic comparisons between them should reveal which genes control self-­‐‑fertility.    The  central  hypothesis  in  this  proposal  is  that  new  traits  like  self-­‐‑fertility  originate  in  three  steps.  The  first  produces  preconditions  that  are  required  for  the  new  trait.  The  unequal  distribution  of  these  preconditions  means  that  some  species  are  more  likely  to  evolve  a  particular  trait  than  others.  The  second  step  involves  a  precipitating change that produces the new trait in an unrefined form, by co-­‐‑opting older genetic processes. The  third  stage  consists  of  reinforcing  changes  that  optimize  the  trait.  The  mutations  controlling  each  step  can  be  identified by their behavior in the tests described below.    Aim #1: Determine how sexual development is controlled in male/female species of roundworms. These  results will define the ancestral sex-­‐‑determination pathway and identify preconditions for self-­‐‑fertility.     Aim  #2:  Identify  C.  briggsae  genes  that  are  necessary  and  sufficient  for  XX  spermatogenesis.  Swapping  genes  between  female  and  hermaphroditic  species  will  reveal  which  genes  are  sufficient  to  make  herma-­‐‑ phrodites.  These  genetic  changes  might  have  precipitated  the  transition  to  self-­‐‑fertility.  Other  genes  that  only  affect the number or quality of sperm in hermaphrodites probably helped optimize this trait after it first arose.    Aim #3: Use forward and reverse genetics to learn how self-­‐‑fertility is regulated in C. tropicalis. Dissecting  the genetic regulation of self-­‐‑fertility in a third species will test these predictions about how it is controlled.    In  roundworms,  the  Gli  protein  TRA-­‐‑1  plays  a  key  role  in  the  control  of  sexual  development,  and  interacts  with other medically relevant genes to control which germ cells form eggs and which make sperm. Thus, these  studies will provide new information about the regulation of genes that play important roles in human health.

进化生物学研究中最重要的几个问题之一是新的基因特征是如何起源的。我们需要找到更多的答案。 这项提案的重点是在一些常见的蛔虫物种中寻找自交不育能力的来源。这些新物种将产生。 两性人说，它们看起来像雌性，但它们会制造自己的精子，并让自己的卵子受精。令人惊讶的是， 这些类型的两性人在许多不同的场合独立进化。因此，我们进行了遗传基因的比较。 在不同的蛔虫物种之间，我们可以在实验室里为他们提供一个更自然的学习系统来了解他们的进化过程。 在这些物种中，有两种特别有用。米尼戈尼亚种是雄性/雌性亚种，但布氏亚种是雌雄异体。 尽管有如此戏剧性的差异，但这两个物种之间的关系如此密切，以至于它们可以相互交配，并产生可繁殖的后代。 后代。因此，他们之间的遗传基因比较应该不会揭示哪些基因控制着自我生育。 -- 在这项新的提案中提出的核心假设是，像自我生育这样的新人类特征起源于以下三个步骤。第一个步骤。 产生了一些前提条件，这些前提条件是创造这一新的经济特征所必需的。这些前提条件的不平等分配也是如此。 这意味着一些物种比其他物种更有可能进化出一种特定的特征。第二个步骤涉及一个新的物种。 促成这种变化的是，它以一种未经精炼的形式产生了一种新的遗传特征，其次是联合选择了更古老的遗传基因过程。 第三阶段包括加强和优化基因特征的变化。控制每一步的基因突变是不可能的。 通过测试他们在下面描述的测试中的行为特征来识别他们。 -- 目标#1：确定在一种雄性/雌性蛔虫物种中，性发育过程是如何受到控制的。 结果将不会定义祖先的性别-决定途径，并将确定自我--生育的先决条件。 -- 目标2：找出人类精子发生所必需的基因，并为其提供足够的基因。 雌性物种和两性物种之间的基因转换将揭示哪些基因有足够的基因来制造Herma 闪锌矿。这些遗传基因的变化可能是加速了人类向自体生育的转变。其他的遗传基因也只是如此。 影响两性人精子数量或质量的变化可能有助于优化这一性状，因为它是第一次出现。 -- 目标#3：利用正向遗传学和反向遗传学方法，进一步了解热带红豆杉的自交--生育能力是如何受到调控的。 在近三分之一的物种中，人类自交不育基因的基因调控机制将不会检验这些关于它在多大程度上受到控制的预测。 -- 在蛔虫中，主要的Gli蛋白TRA-1在性行为发育、性别和性别相互作用的关键控制过程中发挥着关键作用。 与其他一些医学上相关的基因一起，控制着生殖细胞形成卵子的过程，以及产生精子的过程。因此，这些都是可能的。 这些研究还将提供更多关于基因调控机制的新的科学信息，这些基因在人类健康中发挥着重要的作用。