Cómo funcionan y evolucionan las redes de genes que controlan el desarrollo sexual?
Este trabajo estuvo financiado en parte por la NSF IOS 0743284.
Qué hace que la TSD sea termosensible?
Aquí utilizamos genes candidatos y estrategias globales para responder la pregunta de cuál es el factor o factores que hacen que la determinación sexual sea susceptible a la temperatura. Candidatos potenciales serían genes que tienen expresión diferencial de acuerdo a la temperatura de incubación antes o al inicio del período termosensible (TSP por su sigla en inglés), como por ejemplo genes que organizan o activan esta ventana de tiempo, en vez de genes que tienen expresión diferencial después que el TSP ya se ha abierto. Al estudiar los perfiles de expresión de genes en estadíos tempranos del desarrollo embrionario hemos detectado dicha transcripción diferencial en tortugas TSD, particularmente en dos genes (Sf1 y Wt1) que ayudan a la formación de la gónada bipotencial (antes de que la gónada se compromete a la diferenciación como ovario o testículo) (Valenzuela et al. 2006, Valenzuela 2008). Dado que Wt1 es un activador de Sf1, Wt1 ha sido propuesto como un mejor candidato a ser un gene activador clave de la TSD. Nuestros datos más recientes han replicado estos resultados e implican a Wt1 y Sf1 en la activación temprana del período termosensible en forma específica dependiendo de la temperatura de incubación (Valenzuela et al. 2013).
Los distintos sabores de la determinación sexual por temperatura
Nuestros datos comparativos acerca de seis genes indispensables en la diferenciación sexual (Aromatasa, Sf1, Wt1, Dmrt1, Sox9, y Dax1) de las Tortugas Pintada (Chrysemys picta: TSD) y las torgugas de caparazón blando (Apalone mutica: GSD) nos indicó que múltiples cascadas moleculares han evolucionado que difieren en la manera en la que son regulados genes comunes las cuales producen sistemas TSD equivalentes ecológicamente, refutando la idea de que TSD es un sólo sistema de determinación sexual, al contrario de los sistemas GSD que incluyen mecanismos discernibles como aquellos de cromosomas sexuales XX/XY, ZZ/ZW, entre otros (Valenzuela et al. 2006; Valenzuela and Shikano 2007, Valenzuela 2008b, 2010a). Más aún, nuestros resultados muestran que la diferencia fundamental entre los sistemas TSD y GSD no es debida a la Aromatasa (Valenzuela and Shikano 2007) como había sido propuesto anteriormente. Pero aún se desconoce cuántos sistemas distintos de TSD existen en la naturaleza, cómo funcionan, y por qué evolucionaron. En trabajos más recientes hemos descubierto que una gran evolución a nivel de la trancripción genética ha ocurrido entre linajes de vertebrados y no es un fenómeno único en tortugas (Valenzuela et al. 2013).
Ciencia transciptómica evolutiva del desarrollo gonadal
Ahora utilizamos una estrategia comparativa para estudiar la composición completa de la red de genes que regula el desarrollo gonadal a escala del genoma total en especies TSD y GSD, y en un contexto ecológico similar al que utilizamos con la estrategia de genes candidatos. Esto ilumina cómo esta red de genes responde a perturbaciones ambientales en diversas escalas de tiempo y cuál puede ser su respuesta al cambio climático contemporáneo.
Es la expresión génica totalmenta insensible a la temperatura en especies GSD?
Una pregunta evolutiva adicional es si las especies GSD que evolucionaron de ancestros TSD perdieron toda la sensibilidad térmica en la red de genes que regula el desarrollo gonadal. Nuestros datos de A. mutica indican que esto no es siempre el caso, ya que esta torguga GSD ha mantenido su sensibilidad ancestral en la expression de Wt1, el primer caso reportado de un fenómeno tal (Valenzuela 2008). Este resultado es crítico pues deja ver que las especies GSD pueden guardar sensibilidad térmica aún cuando esta no es funcionalmente activa para el desarrollo sexual (pues la temperatura no sesga las proporciones sexuales en A. mutica). Este descubrimiento es importante pues los modelos teóricos de la evolución de la TSD dependen de que las especies GSD posean tal sensibilidad que pueda ser utilizada durante la evolución de la plasticidad fenotpipica (TSD), y nuestro trabajo provee la primera evidencia empírica de su existencia a nivel de la transcripción.
Cómo se producen machos y hembras TSD en la naturaleza y como responderá el sistema TSD al cambio climático?
A través de un proyecto financiado por la NSF trabajamos en elucidar el efecto de las fluctuaciones de temperatura en la expresión génica que regula la formación gonadal de las tortugas, para poner a prueba la relevancia ecológica de las observaciones hechas a temperatura constante. esta estrategia es esencial porque muchos estudios moleculares de TSD se realizan a temperatura constante, pero las proporciones sexuales producidas en estas condiciones difieren de las producidad en nidos naturales donde la temperatura fluctúa diariamente (e.g. Valenzuela et al. 1997, Valenzuela 2001a). Por lo tanto el efecto de las fluctuaciones térmicas en el desarrollo sexual no han sido decifrados completamente.