アンドロゲン受容体の進化的分化は硬骨魚類の性的特徴の発達に関与する

Nature Communications volume 14、記事番号: 1428 (2023) この記事を引用

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硬骨魚類は、アンドロゲンに反応して、ヒレの拡大や求愛表示などの複雑な性的特徴を示します。 しかし、それらの進化的獲得の根底にある分子メカニズムはほとんど不明のままです。 この疑問に取り組むために、我々は硬骨魚特異的アンドロゲン受容体オノログ（araおよびarb）が欠損したメダカ（Oryzias latipes）変異体を分析する。 私たちは、どちらのアルオノログも精子形成には必要ではないが、オスの求愛表示には機能的に冗長であるように見えることを発見しました。 しかし、生殖の成功には両方とも必要でした。 ara は歯の拡大とメスの受容性を引き出す生殖行動に、arb はオス特有のヒレの形態形成と性的動機付けに必要でした。 さらに、転写、コードされたタンパク質の細胞局在、および下流の遺伝プログラムにおける 2 つの ar ohnolog 間の違いが、ara 変異体と arb 変異体の表現型の多様性に関与している可能性があることを示しました。 これらの発見は、アルオノログが 2 つの方法で分岐したことを示唆しています。第 1 に、精子形成における役割の喪失によって、第 2 に、遺伝子重複とその後の機能分化によって、祖先遺伝子に由来する多面発現性の役割が解決されたと考えられます。 したがって、私たちの結果は、ゲノム重複が硬骨魚類の性的特徴の大幅な多様化にどのような影響を与えるかについての洞察を提供します。

脊椎動物は、性的選択によって進化したと考えられている、多種多様な性的二形の形態的および行動的特徴を示します。 脊椎動物の性的二型は、特に外性器、性付属器官の発達、生殖行動などの男性に偏った性的特徴に関連して、げっ歯類で広く研究されています1,2。 しかし、脊椎動物における多様な性的二形形質の進化的獲得の根底にある分子機構を調査した実証研究はほとんどない。 硬骨魚類は、細長い正中鰭 4、交尾器官 5,6、婚姻色 7 などの極端な性的二形性 3 や、巣作り 8、求愛 9、攻撃的行為 10 などの行動特性を示します。 このような男性の形質は、男性の生殖成功率を高めますが、これらの形質の性特異的な最適適応度のために、多くの場合、女性に害を及ぼします。 したがって、両性間の遺伝的相関関係は性的二形性の進化を抑制し、遺伝子座内での性的対立を引き起こします11,12。 アンドロゲンによる男性に偏った遺伝子発現は、特に成熟した雄の脊椎動物において形態的および行動的形質の発現を可能にすることで、そのような性的対立を解決する可能性のあるメカニズムである13、14、15、16が、アンドロゲンによって調節される遺伝的プログラムとの関係についてはほとんど知られていない。アンドロゲンと性的二形形質の進化的多様化。

アンドロゲンに対する表現型および生理学的反応は、多細胞動物に由来する転写因子の多様なグループである核内受容体ファミリーに属するアンドロゲン受容体 (Ar) によって媒介されます 17、18、19、20。 Ar は 3 つの主要な機能ドメイン、超可変 N 末端ドメイン (NTD)、2 つのジンクフィンガー モチーフからなる中央の高度に保存された DNA 結合ドメイン (DBD)、および COOH 末端リガンド結合ドメイン (LBD) で構成されています17。 18、19、20（補足図1）。 哺乳類では、テストステロン (T) と 5α-ジヒドロテストステロンが AR21 の有効なリガンドです。 11ケトテストステロン (11KT) は硬骨魚類の強力なアンドロゲンです22。 マウスモデルを使用した従来の研究では、AR ノックアウト (AR KO) が外性器の脱男性化、副性器官の形成不全、および精子形成の停止を引き起こすことが示されています 1。 アンドロゲンを介した遺伝子発現は性的対立を解決できるが、このような多面的機能 23 は AR 遺伝子の分子進化を制約した可能性がある。