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Expresión génica sesgada por el sexo en el cromosoma X

Expresión génica sesgada por el sexo en el cromosoma X


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Se ha demostrado que el cromosoma X con frecuencia se enriquece con genes sesgados femeninos y tiene un déficit de genes sesgados masculinos. Por ejemplo en este artículo y en este.

Sin embargo, estoy luchando por encontrar artículos que prueben los genes de distribución general con sesgo sexual. Estoy tratando de averiguar si la X está enriquecida con genes sesgados por sexo, p. Ej. si la X alberga el 20% de todos los genes que codifican proteínas, se enriquecería si llevara el 30% de todos los genes con sesgo sexual.

¿Existen tales estudios?


Creo que encontré una respuesta escondida en la sección de métodos en la parte posterior del documento de Allen donde el 15% de los genes con sesgo sexual estaban ligados al cromosoma X, sugiero que esto significa que el 15.55% ($ 100 times ( frac {1075} {1075 + 4938 + 4323}) $) de genes con sesgo sexual están ligados al X - aún se buscan otros ejemplos:

"Los genes asociados con los cromosomas 2 (4.323 genes, 37%), 3 (4.938 genes, 43%) y X (1.705 genes, 15%) se utilizaron en el análisis; estos cromosomas representaron 10.967 (95%) de los genes ... otros 547 (4,7%) de los genes ... se omitieron "


Puede responder esta pregunta usted mismo utilizando el almacén de datos modMine para conjuntos de datos modENCODE. Todo lo que necesita es una lista de genes específicos de mujeres (usando su identificador de elección, aunque FlyBase FBGxxxxxxxx son los más simples). Puede usar sus herramientas de lista para cargar su propia lista de identificadores, y luego hay un montón de widgets que le dirán cosas como Enriquecimiento de términos de GO, referencias de PubMed, y uno es un diagrama de histograma que muestra la distribución cromosómica de sus genes, y un segundo histograma que muestra la distribución "esperada". Puede encontrar acceso a muchos sitios de modENCODE en www.modencode.org

Bien, fui e hice esto yo mismo. modMine fue bastante lento, pero afortunadamente el servidor intermina en FlyMine está funcionando bien. Descargué la tabla complementaria 25 de Graveley et al., Nature, 2011 y corté y pegué todas las ID de "sesgo femenino" para las filas que tenían identificadores de genes FlyBase. Esta figura muestra la distribución cromosómica de los 928 genes:

Las etiquetas en el eje X no se alinean correctamente (por alguna razón), así que aquí hay una tabla con los nombres de los cromosomas y los recuentos:

Crom real esperado

2L: 157 169

2R: 176 186

3L: 143 173

3R: 174217

4: 0 10

X: 264150


La evolución de genes con sesgo sexual y expresión génica con sesgo sexual

El dimorfismo sexual en la expresión génica está muy extendido en organismos y genomas.

Los genes con expresión sesgada por el sexo, especialmente aquellos con expresión sesgada por el hombre, tienden a evolucionar rápidamente tanto en la secuencia de proteínas como en el nivel de expresión.

Los genes con sesgo sexual se distribuyen de forma no aleatoria en el genoma, con ejemplos tanto de representación insuficiente como de representación excesiva en el cromosoma X.

Existe una creciente evidencia de que la selección positiva es la fuerza impulsora detrás de la rápida evolución de los genes sesgados por el sexo. Esto probablemente se deba a la selección sexual y la coevolución antagónica entre los sexos.

Los genes ligados al sexo que escapan a la compensación de la dosis constituyen un caso especial de expresión génica sesgada por el sexo.

Hay varios escenarios para el origen de genes con sesgo sexual, incluido el antagonismo de locus único, el antagonismo sexual más la duplicación de genes y la duplicación de genes con sesgo sexual.


Expresión genética sesgada por el sexo

Los métodos de elaboración de perfiles transcripcionales han hecho posible comparar la expresión génica entre hembras y machos a escala de todo el genoma. Dichos estudios han revelado que la expresión génica sesgada por el sexo es abundante en muchas especies, aunque su extensión puede variar mucho entre tejidos o etapas de desarrollo. En especies con determinación genética del sexo, los procesos específicos de los cromosomas sexuales, como la compensación de la dosis, también pueden influir en la expresión génica sesgada por el sexo. Los genes con sesgo sexual, especialmente aquellos con expresión masculina, a menudo muestran tasas elevadas de divergencia tanto en la secuencia de proteínas como en la expresión génica entre especies, lo que podría tener varias causas, incluida la selección sexual, el antagonismo sexual y la restricción selectiva relajada. Aquí, revisamos nuestro conocimiento actual de la expresión génica con sesgo sexual en organismos modelo y no modelo, así como los factores biológicos y técnicos que deben tenerse en cuenta al analizar la expresión con sesgo sexual. También discutimos los enfoques actuales para descubrir las fuerzas evolutivas que gobiernan la evolución de los genes sesgados por el sexo.


Resultados

Análisis de compensación de dosis

En el pinzón cebra, la expresión génica ligada a Z fue en promedio significativamente menor en las hembras (media & # x000b1 SE: 7,26 & # x000b10.056) que en los machos (7,57 & # x000b10.060 F1, 2208& # x0200a = & # x0200a14.2, p & # x0003c0.0001) (Figura 1A). Además, la expresión génica en las mujeres fue significativamente menor para los genes ligados a Z (7.26 & # x000b10.056) que para los genes autosómicos (7.66 & # x000b10.015 F1, 19623& # x0200a = & # x0200a42.9, p & # x0003c0.0001) (Figura 1A). La expresión masculina ligada a Z (7.57 & # x000b10.060) no fue significativamente diferente de la expresión autosómica (7.65 & # x000b10.014 F1, 19623& # x0200a = & # x0200a1.72, p & # x0200a = & # x0200a0.192). El cambio de pliegue (FC, es decir, intensidad masculina / femenina) fue significativamente mayor para Z (1.31 & # x000b10.01) que para los autosomas (0.997 & # x000b10.001 F1, 19623& # x0200a = & # x0200a6686, p & # x0003c0.0001 Figura 2A), y la distribución de los valores de FC fue significativamente diferente para las ESTs ligadas a Z y autosómicas (p & # x0003c0.0001 Kolmogorov-Smirnov prueba de dos muestras Figura 3A) .

Se proporcionan datos para todas las tecnologías ecológicamente racionales y cuando se dividen en cuartiles por la intensidad de expresión génica media desde el 25% más bajo hasta el 25% más alto. Diferencias significativas (pag& # x0003c0.05) entre las categorías se indican (a, byc).

Para la garganta blanca común, la expresión génica ligada a Z tendía a ser menor en las mujeres (6.14 & # x000b10.048) que en los hombres (6.28 & # x000b10.050 F1, 2208& # x0200a = & # x0200a3.73, p & # x0200a = & # x0200a0.053) (Figura 1B). Al igual que en el pinzón cebra, la intensidad de la hembra en la garganta blanca común fue significativamente menor para los genes ligados a Z (6.14 & # x000b10.048) que para los genes autosómicos (6.90 & # x000b10.013 F1, 19623& # x0200a = & # x0200a181.4, p & # x0003c0.0001) (Figura 1B). La intensidad ligada a Z masculina en la garganta blanca común (6.28 & # x000b10.050) también fue significativamente menor que la expresión autosómica (6.89 & # x000b10.013 F1, 19623& # x0200a = & # x0200a120, p & # x0003c0.0001 Figura 1B) un patrón que es diferente al que se encuentra en el pinzón cebra. Fold Change (FC) fue significativamente mayor para Z (1.12 & # x000b10.005) que para los autosomas (0.998 & # x000b10.001 F1, 19623& # x0200a = & # x0200a2809, p & # x0003c0.0001 Figura 2B). La distribución de FC para genes ligados a Z fue significativamente diferente de la distribución autosómica (p & # x0003c0.0001 prueba de dos muestras de Kolmogorov-Smirnov Figura 3B).

Asociación entre la expresión genética con sesgo masculino y el nivel de expresión general

Probamos cómo el sesgo masculino en la expresión génica en el cromosoma Z se relacionaba con el nivel general de expresión génica. El grado de sesgo masculino en la expresión de genes ligados a Z aumentó con el aumento de los niveles medios de expresión génica y este patrón fue significativo en ambas especies (Figuras 1 y & # x200B y4). 4). En GLM con la intensidad masculina como variable dependiente, y la intensidad femenina, el tipo de cromosoma (Z o autosómico) y el término de interacción como variables independientes, el término de interacción fue altamente significativo (pinzón cebra: p & # x0003c0.0001, Tabla 1 garganta blanca común: p & # x0003c0.0001, Tabla 2). En otras palabras, la expresión masculina ligada a Z aumentó más abruptamente con la expresión del gen femenino que la expresión autosómica masculina (Figura 4). Todos los resultados de GLM siguieron siendo significativos incluso si se eliminó el 25% del conjunto de datos con la expresión más baja y, por lo tanto, los resultados no se ven afectados por las tasas de detección de la micromatriz. Las regresiones lineales entre los niveles de expresión masculina y femenina mostraron que la expresión ligada a Z tenía pendientes de regresión más pronunciadas (coeficiente & # x003b2 más alto) que la expresión autosómica en ambas especies (pinzón cebra: & # x003b2Ligado a Z& # x0200a = & # x0200a1.068 & # x000b10.005, & # x003b2autosómico& # x0200a = & # x0200a0.992 & # x000b10.001 garganta blanca común: & # x003b2Ligado a Z& # x0200a = & # x0200a1.053 & # x000b10.004, & # x003b2autosómico& # x0200a = & # x0200a0.998 & # x000b1 & # x0003c0.0001) (Figura 4).

Tabla 1

FuenteSuma de cuadrados tipo IIIdfCuadrado medioFSig.Poder observado b
Modelo corregido46413,6 a 315471.2626361.2& # x0003c0.0011.00
Interceptar0.310.311.20.0010.92
Intensidad log2 femenina14568.5114568.5589815.6& # x0003c0.0011.00
Tipo de cromosoma1.811.873.7& # x0003c0.0011.00
Crom. tipo * Hembra log2 int.19.9119.9807.6& # x0003c0.0011.00
Error284.4115150.0
Total712863.311519
Total corregido46698.011518

Tabla 2

FuenteSuma de cuadrados tipo IIIdfCuadrado medioFSig.Poder observado b
Modelo corregido39293.4 a 313097.81310155.4& # x0003c0.0011.00
Interceptar1.711.7170.4& # x0003c0.0011.00
Intensidad log2 femenina10846.4110846.41084952.2& # x0003c0.0011.00
Tipo de cromosoma2.412.4240.7& # x0003c0.0011.00
Crom. tipo * Hembra log2 int.8.018.0797.8& # x0003c0.0011.00
Error115.2115280.0
Total563563.711532
Total corregido39408.611531

Ligado a Z en relación con la expresión génica autosómica

Para evaluar cómo el patrón de expresión génica en el cromosoma Z se relaciona con la expresión génica autosómica, dividimos el conjunto de datos ligado a Z y autosómico en cuatro partes iguales (cuartiles) clasificando todas las tecnologías ecológicamente racionales por medio de log2 expresión (calculada para todos los individuos independientemente del sexo). Luego, cada cuartil se analizó por separado (Figura 1).

En el pinzón cebra, la expresión ligada a Z femenina fue significativamente menor que la expresión autosómica ligada a Z masculina en las cuatro categorías (p & # x0003c0.0001 Tabla 3). La expresión masculina ligada a Z fue levemente (pero significativamente) más baja que la expresión autosómica media en el cuartil con la segunda expresión más baja (p & # x0200a = & # x0200a0.013), mientras que ligeramente más alta en el cuartil con la segunda expresión más alta (p & # x0200a = & # x0200a0.008 Tabla 3). En general, la expresión del gen masculino siguió de cerca a la de los autosomas, mientras que la expresión femenina estuvo cerca de la expresión autosómica solo en el cuartil con la expresión génica más baja y luego se volvió progresivamente más baja con una expresión media más alta en comparación con los genes masculinos ligados a Z y autosómicos (Figura 1A). La media de las relaciones de expresión autosómica media ligada a Z (relaciones Z: A) para los cuatro cuartiles de expresión génica osciló entre 0,98 y 0,94 (con la relación más baja en el cuartil superior) en mujeres y entre 0,99 y 1,01 en hombres.

Tabla 3

hembra Zmacho Zautosomas femeninosautosomas masculinos
25% más bajo
expresión log2 media5.075.185.195.2
Error estándar0.020.0220.0080.008
hembra Z frente a macho Z: F & # x0200a = & # x0200a14.3 P & # x0003c0.0001
hembra Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a24.6 P & # x0003c0.0001
Z masculino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a1.06 P & # x0200a = & # x0200a0.304
2do 25% más bajo
expresión log2 media6.286.546.626.62
Error estándar0.0290.0330.0090.009
hembra Z vs macho Z: F & # x0200a = & # x0200a33.3 P & # x0003c0.0001
Z femenino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a127.9 P & # x0003c0.0001
Z masculino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a6.24 P & # x0200a = & # x0200a0.013
2do más alto 25%
expresión log2 media7.938.338.278.24
Error estándar0.0360.0410.0090.009
hembra Z frente a macho Z: F & # x0200a = & # x0200a56.5 P & # x0003c0.0001
hembra Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a114.2 P & # x0003c0.0001
Z masculino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a7.03 P & # x0200a = & # x0200a0.008
25% más alto
expresión log2 media9.7610.310.410.3
Error estándar0.0540.0540.0190.019
hembra Z frente a macho Z: F & # x0200a = & # x0200a40.2 P & # x0003c0.0001
Z femenina frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a94.4 P & # x0003c0.0001
macho Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a2.41 P & # x0200a = & # x0200a0.121

En la garganta blanca común, la expresión ligada a Z fue significativamente menor que la expresión autosómica en ambos sexos en los cuatro cuartiles (p & # x0003c0.0001 Tabla 4 Figura 1B). La expresión ligada a Z femenina fue significativamente más baja que la expresión ligada Z masculina en los tres grupos con las intensidades de expresión más altas (p & # x0003c0.0001 para el más alto y el segundo más alto yp & # x0200a = & # x0200a0.002 para el segundo grupo más bajo) pero no significativamente diferente en el cuartil más bajo (p & # x0200a = & # x0200a0.223 Tabla 4 Figura 1B). Las proporciones Z: A para los cuatro cuartiles de expresión génica oscilaron entre 0,93 y 0,89 (con la proporción más baja en el cuartil alto) en las mujeres y entre 0,93 y 0,92 en los hombres.

Cuadro 4

hembra Zmacho Zautosomas femeninosautosomas masculinos
25% más bajo
expresión log2 media4.284.324.624.63
Error estándar0.0230.0220.0230.01
Z hembra frente a Z macho: F & # x0200a = & # x0200a1.48 P & # x0200a = & # x0200a0.223
Z femenina frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a103.2 P & # x0003c0.0001
macho Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a80.3 P & # x0003c0.0001
2do 25% más bajo
expresión log2 media5.475.566.016.01
Error estándar0.0190.020.0060.006
hembra Z frente a macho Z: F & # x0200a = & # x0200a9.91 P & # x0200a = & # x0200a0.002
Z femenino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a697.5 P & # x0003c0.0001
macho Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a495.7 P & # x0003c0.0001
2do más alto 25%
expresión log2 media6.526.657.197.19
Error estándar0.0430.0440.0130.013
hembra Z vs macho Z: F & # x0200a = & # x0200a16.6 P & # x0003c0.0001
Z femenino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a756.5 P & # x0003c0.0001
macho Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a482.6 P & # x0003c0.0001
25% más alto
expresión log2 media8.328.69.329.32
Error estándar0.0630.0640.0230.023
hembra Z vs macho Z: F & # x0200a = & # x0200a9.88 P & # x0003c0.0001
Z femenino frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a179.3 P & # x0003c0.0001
macho Z frente a autosomas: F & # x0200a = & # x0200a90.3 P & # x0003c0.0001

Divergencia de secuencia en la pechia blanca común

El número medio de sondas de hibridación significativa (de las 11 posibles) para genes ligados a Z (9,82 & # x000b10.040) en nuestro estudio de hibridación del genoma comparativo (CGH) entre especies [62] fue significativamente menor que el número medio de sondas de hibridación en autosomas (10.23 & # x000b10.009 F1, 19615, p & # x0003c0.0001). Este resultado sugiere una alta tasa de evolución de secuencia en Z. Por lo tanto, nuestros datos de expresión de whitethroat común podrían verse afectados por el grado algo mayor de divergencia de secuencia en el cromosoma Z que en los autosomas. Por lo tanto, volvimos a analizar el conjunto de datos para el whitethroat común, esta vez utilizando sólo tecnologías ecológicamente racionales que tenían una hibridación significativa en todas las 11 sondas para cada EST en la matriz en el estudio CGH anterior [62]. Este conjunto de datos incluyó 10370 tecnologías ecológicamente racionales autosómicas y 443 vinculadas a Z. Para este conjunto de datos restringido, los resultados se mantuvieron sin cambios cuantitativos. Sin embargo, como se esperaba, si Z evoluciona más rápido que los autosomas, la expresión ligada a Z se vio más afectada por la eliminación de tecnologías ecológicamente racionales con cierto grado de divergencia de secuencia (la intensidad ligada a Z femenina fue en promedio un 8.4% más alta y la intensidad ligada a Z masculina 8.6% mayor, mientras que la intensidad de expresión autosómica fue sólo un 5,0% mayor en ambos sexos).


Agradecimientos

Los autores agradecen al Proyecto de Genómica de la Población de Drosophila (DPGP) por hacer que estos datos estén disponibles. Agradecen a Peter Keightley por proporcionar acceso a las instalaciones computacionales para ejecutar DFE-alpha, y a Andrea Betancourt, Peter Andolfatto y dos revisores por sus útiles comentarios.

Declaración de financiación

J.L.C. recibió el apoyo de una subvención del Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido a B.C. (subvención nº BB / H006028 / 1). VIRGINIA. contó con el apoyo de una beca del Ministerio de Educación de España.

Contribuciones de los autores

VIRGINIA. y B.C. concibió y diseñó el estudio. VIRGINIA. y J.L.C. compiló y analizó los datos. V.Á., J.L.C. y B.C. interpretó los datos. ANTES DE CRISTO. redactó el manuscrito, y todos los autores contribuyeron y aprobaron el manuscrito final.

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener intereses en competencia.


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En: Biology letters, vol. 11, N ° 4, 20150117, 04.2015.

Resultado de la investigación: Contribución a la revista ›Artículo› revisión por pares

T1: los efectos de la expresión génica con sesgo sexual y el enlace X en las tasas de evolución de la secuencia de proteínas adaptativas en Drosophila

N2: una tasa más rápida de evolución adaptativa de los genes ligados al cromosoma X en comparación con los genes autosómicos puede deberse a la fijación de nuevas mutaciones ventajosas recesivas o parcialmente recesivas (el efecto Faster-X). Se espera que este efecto sea mayor para las mutaciones que afectan solo a la aptitud masculina y que esté ausente para las mutaciones que afectan solo a la aptitud femenina. Probamos estas predicciones en Drosophila melanogaster utilizando genes con diferentes niveles de expresión sesgada por el sexo y estimando el grado de evolución adaptativa de mutaciones no sinónimas a partir de datos de polimorfismo y divergencia. Detectamos un efecto Faster-X y un efecto de la expresión génica sesgada por los hombres. No hubo evidencia de una fuerte asociación entre los dos efectos: los niveles modestos de expresión génica con sesgo masculino aumentaron la tasa de evolución adaptativa tanto en los autosomas como en el cromosoma X, pero se produjo un efecto Faster-X tanto para genes no sesgados como para mujeres. genes sesgados. La tasa de recombinación genética no influyó en la magnitud del efecto Faster-X, descartando la posibilidad de que refleje menos interferencia de Hill-Robertson para genes ligados al cromosoma X.

AB: una tasa más rápida de evolución adaptativa de los genes ligados al cromosoma X en comparación con los genes autosómicos puede deberse a la fijación de nuevas mutaciones ventajosas recesivas o parcialmente recesivas (el efecto Faster-X). Se espera que este efecto sea mayor para las mutaciones que afectan solo a la aptitud masculina y que esté ausente para las mutaciones que afectan solo a la aptitud femenina. Probamos estas predicciones en Drosophila melanogaster utilizando genes con diferentes niveles de expresión sesgada por el sexo y estimando el grado de evolución adaptativa de mutaciones no sinónimas a partir de datos de polimorfismo y divergencia. Detectamos un efecto Faster-X y un efecto de la expresión génica sesgada por los hombres. No hubo evidencia de una fuerte asociación entre los dos efectos: los niveles modestos de expresión génica con sesgo masculino aumentaron la tasa de evolución adaptativa tanto en los autosomas como en el cromosoma X, pero se produjo un efecto Faster-X tanto para genes no sesgados como para mujeres. genes sesgados. La tasa de recombinación genética no influyó en la magnitud del efecto Faster-X, descartando la posibilidad de que refleje menos interferencia de Hill-Robertson para genes ligados al cromosoma X.


El estudio genético lleva la investigación de las diferencias sexuales a nuevas alturas

Cambridge, MA - En todo el reino animal, los machos y las hembras exhiben con frecuencia dimorfismo sexual: diferencias en los rasgos característicos que a menudo hacen que sea fácil distinguirlos. En los mamíferos, uno de los rasgos de sesgo sexual más común es el tamaño, y los machos suelen ser más grandes que las hembras. Esto es cierto en los humanos: los hombres son, en promedio, más altos que las mujeres. Sin embargo, las diferencias biológicas entre hombres y mujeres no se limitan a rasgos físicos como la altura. También son comunes en las enfermedades. Por ejemplo, las mujeres tienen muchas más probabilidades de desarrollar enfermedades autoinmunes, mientras que los hombres tienen más probabilidades de desarrollar enfermedades cardiovasculares.

A pesar de la naturaleza generalizada de estos prejuicios sexuales y sus importantes implicaciones para la investigación y el tratamiento médicos, se sabe poco sobre la biología subyacente que causa las diferencias sexuales en los rasgos característicos o en la enfermedad. Para abordar esta brecha en la comprensión, el director del Instituto Whitehead, David Page, ha transformado el enfoque de su laboratorio en los últimos años de estudiar los cromosomas sexuales X e Y a trabajar para comprender la biología más amplia de las diferencias sexuales en todo el cuerpo. En un artículo publicado en Ciencias El 19 de julio, Page, también profesor de biología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y un investigador del Instituto Médico Howard Hughes, Sahin Naqvi, primer autor y ex estudiante graduado del MIT (ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Stanford) y sus colegas presentan el resultados de una amplia investigación sobre los sesgos sexuales en la expresión génica, que revela diferencias en los niveles en los que se expresan genes particulares en machos frente a hembras.

Los hallazgos de los investigadores abarcan doce tipos de tejidos en cinco especies de mamíferos, incluidos los humanos, y llevaron al descubrimiento de que una combinación de genes sesgados por el sexo representa aproximadamente el 12 por ciento de la diferencia de altura promedio entre hombres y mujeres. Este hallazgo demuestra un papel funcional de la expresión génica sesgada por el sexo en la contribución a las diferencias sexuales. Los investigadores también encontraron que la mayoría de los sesgos sexuales en la expresión genética no se comparten entre las especies de mamíferos, lo que sugiere que, en algunos casos, la expresión genética sesgada por el sexo que puede contribuir a la enfermedad puede diferir entre los humanos y los animales utilizados como modelos en la investigación médica.

Tener el mismo gen expresado en diferentes niveles en cada sexo es una forma de perpetuar las diferencias sexuales en los rasgos a pesar de la similitud genética de machos y hembras dentro de una especie, ya que con la excepción del cromosoma 46 (el Y en los machos o el segunda X en las mujeres), los sexos comparten el mismo grupo de genes. Por ejemplo, si un padre alto transmite un gen asociado con un aumento de estatura tanto a un hijo como a una hija, pero el gen tiene una expresión sesgada masculina, entonces ese gen se expresará más en el hijo y, por lo tanto, puede contribuir más. altura al hijo que a la hija.

Los investigadores buscaron genes con sesgo sexual en tejidos de todo el cuerpo en humanos, macacos, ratones, ratas y perros, y encontraron cientos de ejemplos en cada tejido. Utilizaron la altura para su primera demostración de la contribución de la expresión génica sesgada por el sexo a las diferencias sexuales en los rasgos porque la altura es un rasgo fácil de medir y muy estudiado en genética cuantitativa.

“Descubrir las contribuciones de la expresión génica sesgada por el sexo a la estatura es emocionante porque identificar los determinantes de la estatura es un problema clásico centenario y, sin embargo, al observar las diferencias sexuales de esta nueva forma pudimos proporcionar nuevos conocimientos”, dice Page. "Mi esperanza es que nosotros y otros investigadores podamos repetir este modelo para obtener de manera similar nuevos conocimientos sobre las enfermedades que muestran prejuicios sexuales".

Debido a que la altura está tan bien estudiada, los investigadores tuvieron acceso a datos públicos sobre la identidad de cientos de genes que afectan la altura. Naqvi decidió ver cuántos de esos genes de altura aparecían en el nuevo conjunto de datos de los investigadores de genes con sesgo sexual y si los sesgos sexuales de los genes correspondían a los efectos esperados sobre la altura. Encontró que la expresión génica con sesgo sexual contribuía aproximadamente 1,6 centímetros a la diferencia de altura promedio entre hombres y mujeres, o el 12% de la diferencia general observada.

Sin embargo, el alcance de los hallazgos de los investigadores va más allá de la altura. Su base de datos contiene miles de genes con sesgo sexual. Algo menos de una cuarta parte de los genes con sesgo sexual que catalogaron parecen haber desarrollado ese sesgo sexual en un ancestro mamífero temprano, y haber mantenido ese sesgo sexual en la actualidad en al menos cuatro de las cinco especies estudiadas. La mayoría de los genes parecen haber desarrollado sus sesgos sexuales más recientemente y son específicos de una especie o de un cierto linaje, como roedores o primates.

El hecho de que un gen sesgado por el sexo se comparta o no entre especies es una consideración particularmente importante para la investigación médica y farmacéutica que utiliza modelos animales. Por ejemplo, investigaciones anteriores identificaron ciertas variantes genéticas que aumentan el riesgo de diabetes tipo 2 específicamente en mujeres; sin embargo, las mismas variantes aumentan el riesgo de diabetes tipo 2 de manera indiscriminada en ratones machos y hembras. Por tanto, los ratones no serían un buen modelo para estudiar la base genética de esta diferencia sexual en humanos. Incluso cuando el animal parece tener la misma diferencia sexual en la enfermedad que los humanos, los genes específicos con sesgo sexual involucrados pueden ser diferentes. Con base en su hallazgo de que la mayoría de los prejuicios sexuales no se comparten entre especies, Page y sus colegas instan a los investigadores a tener cuidado al elegir un modelo animal para estudiar las diferencias sexuales a nivel de expresión genética.

“No estamos diciendo que se eviten los modelos animales en la investigación de las diferencias sexuales, solo que no se dé por sentado que la expresión genética sesgada por el sexo detrás de un rasgo o enfermedad observada en un animal será la misma que en los humanos. Ahora que los investigadores tienen a su disposición datos específicos de especies y tejidos, esperamos que los utilicen para informar su interpretación de los resultados de los modelos animales ”, dice Naqvi.

Los investigadores también han comenzado a explorar qué causa exactamente la expresión sesgada por el sexo de genes que no se encuentran en los cromosomas sexuales. Naqvi descubrió un mecanismo mediante el cual se puede habilitar la expresión con sesgo sexual: a través de factores de transcripción con sesgo sexual, proteínas que ayudan a regular la expresión génica. Los factores de transcripción se unen a secuencias de ADN específicas llamadas motivos, y descubrió que ciertos genes con sesgo sexual tenían el motivo de un factor de transcripción con sesgo sexual en sus regiones promotoras, las secciones de ADN que activan la expresión génica. Esto significa que, por ejemplo, un factor de transcripción con sesgo masculino se unía selectivamente a la región promotora para, y así aumentaba, la expresión de genes con sesgo masculino, e igualmente con factores de transcripción con sesgo femenino y genes con sesgo femenino. La cuestión de qué regula los factores de transcripción queda en estudio, pero todas las diferencias sexuales están controladas en última instancia por los cromosomas sexuales o las hormonas sexuales.

Los investigadores ven los hallazgos colectivos de este artículo como una base para futuras investigaciones sobre diferencias sexuales.

"Estamos comenzando a construir la infraestructura para una comprensión sistemática de los prejuicios sexuales en todo el cuerpo", dice Page. "Esperamos que estos conjuntos de datos se utilicen para futuras investigaciones, y esperamos que este trabajo les dé a las personas una mayor apreciación de la necesidad y el valor de la investigación sobre las diferencias moleculares en la biología masculina y femenina".

Este trabajo fue apoyado por Biogen, Whitehead Institute, National Institutes of Health (números de subvención R01HG007852 y U01HG007857), Howard Hughes Medical Institute, generosos obsequios de Brit y Alexander d'Arbeloff y Arthur W. y Carol Tobin Brill.

La afiliación principal de David Page es con el Instituto Whitehead para la Investigación Biomédica, donde se encuentra su laboratorio y se lleva a cabo toda su investigación. También es investigador del Instituto Médico Howard Hughes y profesor de biología en el Instituto de Tecnología de Massachusetts.


La evolución reguladora de cromosomas sexuales y específicos del sexo subyace a la mala regulación generalizada de los transcriptomas híbridos entre especies.

Cuando las redes reguladoras de genes divergen entre especies, su expresión disfuncional en individuos híbridos entre especies puede crear incompatibilidades genéticas que subyacen a los defectos del desarrollo responsables del aislamiento reproductivo intrínseco post-cigótico. Divergencia en cis- y transLos controles reguladores activos evolucionan a pesar de estabilizar la selección en la expresión génica, siendo acelerados por la selección direccional con adaptación, selección sexual y conflicto inter-sexual. La expresión génica disfuncional con sesgo sexual, en particular, puede proporcionar una fuente importante de incompatibilidades genéticas, y se espera una mala regulación más severa para el sexo heterogamético. Aquí, caracterizamos y comparamos los perfiles de transcriptomas masculinos y femeninos para especies hermanas de Caenorhabditis nematodos, C. briggsae y C. nigoni, y expresión específica de alelos en su F1 híbridos para deconvolucionar características de divergencia de expresión y disfunción reguladora. A pesar de la evidencia de una selección estabilizadora generalizada en la expresión génica, encontramos una amplia mala regulación de genes con sesgo sexual en F1 híbridos que es más pronunciado para el cromosoma X, lo que respalda un efecto "X grande" y que contrarresta las expectativas al afectar de manera desproporcionada a las hembras híbridas. La misexpresión del macho híbrido, sin embargo, es de mayor magnitud, con genes de espermatogénesis especialmente propensos a una gran divergencia tanto en la expresión como en las secuencias de codificación que pueden explicar la esterilidad elevada de los machos híbridos, en consonancia con los modelos de "macho más rápido" y "macho frágil" para la regla de Haldane. Sin embargo, la divergencia reguladora y de codificación en general se correlaciona solo débilmente, y la regulación a la baja de los genes sesgados por el macho en las hembras implica trans-actuando como modificadores en la resolución evolutiva de conflictos inter-sexuales. Este trabajo identifica diferencias importantes entre los sexos en la forma en que las redes reguladoras divergen, lo que contribuye a los sesgos sexuales en la forma en que se manifiestan las incompatibilidades genéticas durante el proceso de especiación.

Resumen del autor Muchas mutaciones que afectan los rasgos a medida que las especies divergen lo hacen alterando la expresión genética. Tales cambios reguladores de genes también se acumulan en el control de rasgos estáticos, debido a los efectos compensatorios de la mutación en múltiples elementos reguladores. La teoría predice que muchos de estos cambios harán que los híbridos entre especies experimenten una expresión génica disfuncional que conduce a una aptitud reducida, lo que afecta de manera desproporcionada a los cromosomas sexuales y a la expresión génica sesgada por el sexo. Nuestros análisis de datos de expresión de todo el genoma de Caenorhabditis Los gusanos redondos nematodos apoyan estas predicciones. Encontramos un recableado generalizado de la regulación génica a pesar de una extensa estasis morfológica y perfiles de expresión general conservados, que es un sello distintivo de estos animales. La mala regulación de la expresión en ambos sexos es más grave para los genes vinculados al cromosoma X, los genes de los espermatozoides muestran firmas distintivas de divergencia y las diferencias entre los sexos en la evolución regulatoria implican conflictos sexuales históricos resueltos sobre la expresión génica. Este trabajo aclara cómo los distintos componentes de las redes reguladoras evolucionan y contribuyen a las diferencias sexuales en la manifestación de incompatibilidades genéticas en el proceso de especiación.


Igualdad de sexos

Diferentes especies han desarrollado estrategias sorprendentemente diferentes para hacer frente a las disparidades en la dosis de cromosoma X entre machos y hembras: en las hembras XX de mamíferos, uno de los dos cromosomas X se inactiva aleatoriamente XX nematodos hermafroditas reducen a la mitad la expresión de cada cromosoma X y macho Drosophila doble expresión de su único cromosoma X en células somáticas [2, 3]. Estos mecanismos de compensación de dosis sirven para equilibrar las diferencias entre el número de copias de genes ligados al cromosoma X en los tejidos somáticos de los dos sexos.

"Aunque ahora sabemos que estas especies utilizan diferentes enfoques para lograr la compensación de la dosis, esto equivale principalmente a jugar de manera diferente con una gama limitada de modificaciones basadas en la cromatina", dice Philip Avner del Instituto Pasteur en París, Francia. La inactivación de X en mamíferos requiere la expresión de la Xist gen, que produce un ARN grande no codificante que recubre el cromosoma X inactivo [3]. El X inactivo se caracteriza por metilación del ADN, hipoacetilación de histonas, replicación tardía y enriquecimiento en la variante de histona macroH2A. La hipertranscripción del Drosophila El cromosoma X en las células somáticas depende del 'letal específico masculino ' (msl) loci, que codifican un complejo MSL modificador de histonas que acetila la histona H4 en lisina 16 (H4 K16) [4].

"Se ha prestado mucha menos atención a la cuestión de la dosis de X / autosoma", dice Avner. "Se esperaría que la inactivación de X conduzca a cantidades reducidas a la mitad de productos génicos ligados al X en comparación con los productos génicos autosómicos. Haploinsuficiencia porque toda la X lo haría a priori se espera que sea catastrófico para el organismo y conduzca a la letalidad durante el desarrollo embrionario temprano ". La haploinsuficiencia fue el problema que Gupta y sus colegas se propusieron abordar." Había una falta de evidencia para una maquinaria de compensación de dosis en la línea germinal ", señala Gupta, citando estudios que muestran que en Drosophila los cromosomas X no están recubiertos con complejos de MSL o hiperacetilados en H4 K16 en células germinales masculinas [5] (ver el recuadro 'Detrás de escena' para más información sobre la justificación del trabajo). "Además, Parisi et al. [6] mostró que un subconjunto de genes que codifican proteínas ribosomales se expresan por igual tanto en testículos como en ovarios y hemos visto que los tumores XAA y XXAA mostraban perfiles de expresión génica muy similares ", agrega Gupta." He estado pensando en este problema desde Yo era un estudiante de posgrado a finales de los 80 ", recuerda Brian Oliver, que dirige el grupo de investigación del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales en Bethesda, EE. UU." Hasta que aparecieron los microarrays, no veíamos una buena manera de do a convincing experiment."


Métodos

Insect materials

Anastatus disparis colonies were first established from a population reared on Lymantria dispar egg masses collected in the wild and subsequently maintained on Antheraea pernyi eggs [43, 44]. La mayoría A. disparis adults emerge daily in the morning, primarily from 9:00 a.m. to 10:00 a.m., and we collected adults during this period.

RNA extraction

We collected 15 adults of each sex for each of three replicates and snap-froze them in liquid nitrogen. TRIzol reagent (Invitrogen, USA) was used for extracting RNA from each group following the manufacturer’s protocol. Non-denaturing agarose gel electrophoresis and a Nanodrop 2000 spectrophotometer (Thermo Scientific, USA) were used to assess the quality and quantity of the isolated RNA, respectively. The A260/280 values were all above 2.0, and electrophoresis of the RNA samples demonstrated that the 28S and 18S rRNA were intact.

Transcriptome sequencing and read assembly

A total of 3 μg of total RNA from each sample was converted into cDNA using the NEBNext® Ultra™ RNA Library Prep Kit for Illumina® (NEB, USA). Consequently, we constructed 6 cDNA libraries derived from three adult females and three adult males of A. disparis. To generate the raw reads, cDNA libraries were tagged with different adapters and then sequenced on the Illumina HiSeq 2000 platform by Beijing Biomarker Technologies Co., Ltd. Besides, an index was inserted into Illumina adapters so that all samples can be sequenced in a single lane. Approximately 8.6 Gb of paired-end reads were produced for each RNA-seq sample, and the library sizes of males and females were similar. Then, reads containing adapter, poly-N reads and low-quality reads were removed from the raw data by FASTX-Toolkit (http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/), resulting in approximately 7.24 Gb of clean reads from each sample. The Q30 percentage was higher than 88.72% for each sample, indicating the high quality of the sequences. The high-quality reads from the six samples were pooled and assembled using Trinity software (v2.5.1) with the default parameters [82]. We chose the longest isoform of each gene to construct the unigene set. After the isoforms were selected, the assembled transcripts were predicted to be the unigenes produced. Bowtie2 was used to align the reads to the unigenes [83]. A total of 225,389 unigenes were produced the N50 size of the unigenes was approximately 715 bp, and the mean unigene length was 570.38 bp (Table S8).

Gene expression and functional annotation

Using our assembled transcriptome as a reference, we identified putative genes expressed in males and females by RSEM [84] using the FPKM method. Functional annotation was performed by sequence similarity searching with an mi-value cutoff of 10 − 5 using Blastx against 8 public databases: Clusters of Orthologous Groups (COG), euKaryotic Orthologous Groups (KOG), egg NOG (v4.5), Protein family (Pfam), Swiss-Prot, NCBI non-redundant protein sequences (nr), KEGG Ortholog (KO) and GO.

Differentially expressed genes (DEGs) and enrichment analyses

DEGs were identified using the DESeq2 package (v1.6.3) in R, and RSEM reads were incorporated into DESeq2 using tximport [85]. Genes with at least 2-fold expression changes and an FDR < 0.01 were considered differentially expressed. The GOseq R package [86] was used to determine the statistical enrichment of DEGs in the GO subcategories, and an adjusted Q-value < 0.05 was chosen as the significance cutoff.

QRT-PCR

The expression levels of the DEGs identified in the transcriptomic analysis were evaluated by qRT-PCR. Following the abovementioned protocols, RNA from each sample group was extracted, and the concentration was measured. Then, the PrimeScript RT Reagent Kit (TaKaRa Japan) was used to synthesize first-strand cDNA using 0.5 mg of total RNA as a template. The resultant cDNA was diluted to 0.1 mg/ml for subsequent qRT-PCR analysis (ABI StepOne Plus USA) using SYBR Green Real-Time PCR Master Mix (TaKaRa Japan). Primers for the selected genes (Table S9) were designed using Primer Express 2.0 software. Each reaction mixture contained 0.4 μL of each primer (10 μmol/μL), 10 μL of 2 × SYBR Green Master Mix, and 2 μL of cDNA template, with water added to yield a final volume of 20 μL. The cycling parameters were 95 °C for 30 s followed by 40 cycles of 95 °C for 5 s and 62 °C for 34 s. To evaluate nonspecific product amplification, the reaction was followed by a melting curve protocol (65 °C to 95 °C in increments of 0.5 °C every 5 s). Relative gene expression was calculated by the 2 -ΔΔCt method. The housekeeping gene translation elongation factor 1-α (EF1A) was used as a reference to eliminate sample-to-sample variation in the initial cDNA samples.

Longevity assay

For the longevity assays, males and females (1 day old) were selected at 10:00 a.m. Each male was isolated individually in a cylindrical box (height: 5 cm, diameter: 10 cm) and received honey water daily (honey: water = 2:3 vol/vol). Each male was inspected twice daily, at 10 a.m. and 10 p.m., and the date of death of each male was recorded.

Análisis estadístico

Prior to analysis, the raw data were tested for normality and homogeneity of variances using Kolmogorov-Smirnov and Levene’s tests, respectively, and the data were transformed where necessary. The qRT-PCR data of gene expression were compared between males and females with independent t-pruebas. Survival analysis was applied to analyse the sex difference in longevity. All statistical analyses were performed using SPSS software (version 20).


Ver el vídeo: Signal Transmission and Gene Expression (Mayo 2022).