2024年3月22日,德国马克斯-普朗克研究所的研究人员在Science上发表了题为Repeated co-option of HMG-box genes for sex determination in brown algae and animals的文章。
褐藻是独立于动植物进化的多细胞真核生物。褐藻的雄性和雌性是由V(雄性)或U(雌性)性染色体的存在决定的,但决定性别决定的基因仍然难以捉摸。
研究人员描述了在褐藻中发现雄性性别决定因子的过程,褐藻是复杂的多细胞真核生物中的一大类,与动物和植物的亲缘关系较远。在褐藻中,雌雄性别是在生命周期的单倍体阶段由性染色体V(雄性)或U(雌性)的存在决定的。研究人员利用经典和反向遗传学、基因组学和细胞生物学方法,研究了候选的V特异基因在决定褐藻雄性性别中的作用。
研究人员证明了一种V型特异性HMG-box转录因子(研究人员将其命名为MIN(雄性诱导因子))是模式褐藻的雄性决定因子,而且它在性别决定中的作用在海带中是保守的。HMG-box基因还参与了有兽类哺乳动物的性别决定和真菌的交配型决定。因此,研究人员对真核生物HMG-box蛋白的进化史进行了深入研究,发现尽管经历了十多亿年的独立进化,动物和褐藻还是独立地使用HMG-box进行雄性性别决定。然而,由于U和V性染色体的特殊性质,褐藻和动物的性别决定系统存在差异。在雄性褐藻中缺失MIN不会导致性别逆转,这表明U染色体是雌性的必要条件;因此雌性并不是褐藻的 "默认 "状态。也就是说,在携带U和V染色体的雄性个体中缺失MIN确实会导致性别逆转,从而加强了U染色体是启动雌性发育程序所必需的这一观点。
研究人员首次分析了复杂的多细胞生物中性别决定的分子基础,而不是动物和植物,为目前已知的一小部分性别决定因子增添了一个新的主效因子。研究人员的研究提供了详实的证据,证明褐藻中雄性性别决定需要HMG-box转录因子:MIN,它类似于哺乳动物中的SRY。研究人员的分析支持了一种独立的共选假说:HMG-box基因在多个真核生物中参与性别决定,但特定的性别决定基因是独立进化的。因此,HMG-box在真核生物的性别决定过程中多次发挥作用,为十亿年时间尺度上的趋同进化提供了一个引人入胜的例子。