I due draghi aiutano a spiegare la determinazione del sesso dei rettili

18 agosto 2025

di GigaScience

curato da      Sadie Harley,                        recensito da Robert Egan

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Due studi diversi pubblicati su GigaScience presentano i genomi di riferimento quasi completi del drago barbuto centrale (Pogona vitticeps), una specie di lucertola drago ampiamente distribuita e comune nell'Australia centrale orientale e popolare come animale domestico in Europa, Asia e Nord America. Questa specie ha un'indole insolita per una specie animale: se questo rettile cresce fino a diventare un maschio o una femmina dipende non solo dalla genetica ma anche dalla temperatura del suo nido.

Questo l'ha reso da tempo un modello utile per studiare le basi biologiche della determinazione del sesso e l'avvento di enormi progressi tecnologici in genomica ha finalmente individuato una regione del genoma e un possibile gene principale per la determinazione sessuale maschile. La verifica indipendente di ciò da parte di due gruppi diversi utilizzando due approcci diversi rende questa scoperta molto più solida.

I draghi barbuti hanno un sistema di determinazione del sesso insolito influenzato sia da fattori genetici che ambientali, in particolare la temperatura.

A differenza della maggior parte degli animali, dove il sesso è determinato unicamente dai cromosomi, i draghi barbuti possono avere il loro sesso invertito da maschio a femmina dalle alte temperature di incubazione. Ciò significa che un rettile con cromosomi maschili può svilupparsi in una femmina riproduttivamente funzionale se l'uovo viene incubato a una temperatura sufficientemente calda.

Come gli uccelli e molti rettili, questa specie ha un sistema cromosomico sessuale ZZ/ZW in cui le femmine hanno una coppia di cromosomi ZW dissimili e i maschi hanno due cromosomi ZZ simili.

La determinazione del sesso in questa specie è ulteriormente complicata, in quanto i maschi genotipici ZZ possono cambiare in femmine fenotipiche ad alte temperature di incubazione senza l'aiuto del cromosoma W o dei geni legati al W.

La nuova tecnologia di sequenziamento ultralungo con nanopori ci consente ora di generare assemblaggi telomero-telomero (T2T) dei cromosomi sessuali e identificare le regioni non ricombinanti per contribuire a restringere il campo dei geni determinanti il sesso candidati nelle specie con determinazione sessuale cromosomica.

La capacità di questa tecnologia di separare meglio le metà materna e paterna del genoma consente ora confronti molto più semplici delle sequenze Z e W per valutare la potenziale perdita o differenza di funzione dei principali geni candidati al sesso.

Il primo articolo di ricercatori provenienti da BGI, Accademia Cinese delle Scienze e Università di Zhejiang, utilizza brevi letture DNBSEQ combinate con letture lunghe del nuovo sequenziatore nanopore CycloneSEQ, essendo il primo genoma animale pubblicato utilizzando questa tecnologia.

La generazione del secondo genoma è stata guidata dai ricercatori dell'Università di Canberra, con contributi alle analisi da parte dei ricercatori dell'Università Nazionale Australiana, dell'Istituto Garvan per la Ricerca Medica, dell'Università del Nuovo Galles del Sud e del CSIRO insieme all'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) in Spagna.

Questo assemblaggio si avvale di letture HiFi PacBio, letture ultralongitudinali ONT e sequenziamento Hi-C. Avendo pubblicato i genomi di riferimento utilizzando queste due tecnologie diverse consente per la prima volta un confronto diretto tra le tecnologie ONT e CycloneSEQ. Entrambe le tecnologie si completano anche indagando sulla questione della determinazione del sesso utilizzando approcci diversi.

Il primo genoma ha sequenziato un drago barbuto centrale ZZ maschio per caratterizzare per la prima volta l'intero cromosoma sessuale Z mentre il secondo ha assemblato il genoma di un individuo ZW femmina.

Il nuovo sequenziatore nanopore ha inoltre permesso il recupero di circa 124 milioni di basi di coppie di basi precedentemente non descritte e mancanti (quasi il 7% del genoma), che includono numerosi geni e elementi regolatori per chiarire meglio il sistema complicato di determinazione sessuale.

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Entrambi i progetti hanno assemblato assemblaggi genomici di 1,75 Gbp di eccezionale qualità per assemblare tutti i telomeri tranne uno, e sono rimasti solo pochi gap, principalmente situati nei microcromosomi.

Utilizzando questi dati si è visto che i cromosomi sessuali specifici Z e W sono stati assemblati in singole strutture, e una 'regione pseudo-autosomica' (PAR) dove i cromosomi sessuali si accoppiano e ricombinano è stata individuata anche sul cromosoma 16.

Il sequenziamento del drago maschio effettuato dal team BGI ha cercato geni specifici per i cromosomi Z ma non W, e Amh e Amhr2 (il gene dell'ormone anti-Mülleriano e il suo recettore) più Bmpr1a sono stati identificati come candidati forti per i geni determinanti il sesso in questa specie.

Il sequenziamento del drago femmina effettuato dal team guidato dall'Australia ha individuato la stessa Regione Della Determinazione del Sesso (SDR) candidata del genoma del loro drago, e ha evidenziato anche Amh e Amhr2 come i probabili geni candidati.

Lo studio dell'espressione in diverse fasi di sviluppo ha rivelato che Amh ha pattern di espressione significativi con un orientamento maschile, rendendolo il candidato più probabile come gene master determinante del sesso.

L'espressione differenziale di un altro gene correlato al sesso, Nr5a1, nella PAR, suggerisce che la storia potrebbe essere più complicata, poiché Nr5a1 codifica per un fattore di trascrizione con siti di legame sulla regione promotrice di Amh. A differenza di molti pesci che impiegano geni simili ad Amh per la determinazione del sesso, le copie autosomiche di Amh e il gene del suo recettore Amhr2 rimangono intatti e funzionali.

Potrebbe essere che il sesso sia determinato da una qualche forma di caucus tra geni sui cromosomi sessuali del drago barbuto mediata dalle loro copie autosomiche residue.

Il principale rilievo di questi assemblaggi è quindi la scoperta di elementi genetici centrali per la differenziazione sessuale maschile nei vertebrati, sui cromosomi sessuali.

I geni Amh e quello che codifica il suo recettore AMHR2 sono stati copiati sul cromosoma Z nella regione non ricombinante, e sono quindi candidati ovvi per il gene master determinante del sesso che funziona tramite un meccanismo basato sul dosaggio in questa specie, una scoperta che è sfuggita alla scoperta per così tanti anni.

Nessun gene master determinante del sesso simile a Sry nei mammiferi o a Dmrt1 negli uccelli è stato scoperto fino ad oggi in nessuna specie di rettile. Questo nuovo lavoro fornisce un chiaro candidato in Amh, che è presente in doppia dose nel maschio ZZ e in singola dose nella femmina ZW.

Arthur Georges dell'Università di Canberra e autore senior del secondo articolo commenta sull'utilità di questo lavoro, 'Prevediamo una ricerca accelerata in altre aree derivanti da questi nuovi assemblaggi disponibili, come lo sviluppo cranico, lo sviluppo cerebrale, studi comportamentali, interazioni gene-gene e gene-ambiente negli studi comparativi della determinazione del sesso dei vertebrati e in molte altre aree alla ricerca di un modello squamato ben supportato con cui confrontare le loro specie modello, che siano topi, umani o uccelli.'

'Non smetto mai di stupirmi per la rapidità dei progressi della scienza cinese. In relativamente pochi anni, BGI e le sue imprese collegate hanno sviluppato tecnologie di sequenziamento che producono risultati altrettanto buoni, e con un rendimento e una convenienza migliori rispetto alle tecnologie concorrenti sul mercato. Questi assemblaggi genomici sono la testimonianza di quel livello di risultati.'

Qiye Li di BGI e autore senior sul primo articolo, primo autore del progetto cinese, spiega la loro ragione per aver utilizzato questo approccio: 'Abbiamo deciso di iniziare a lavorare sul genoma del drago barbuto l'anno scorso come primo genoma animale per questo nuovo sequenziatore perché era l'Anno del Drago in Cina.'

'Beneficiando delle lunghe letture imparziali fornite dal sequenziatore CycloneSEQ, abbiamo facilmente ottenuto un assemblaggio del genoma estremamente contiguo e risolto regioni altamente ripetitive e ad alta GC che tradizionalmente erano problematiche per l'assemblaggio. I due genomi di riferimento, derivati da sessi opposti e generati con diverse tecnologie, si completano effettivamente a vicenda.

'Sono entusiasta che entrambi i genomi individuino il ruolo chiave della segnalazione AMH nella determinazione del sesso in questa specie. Ma come sono nati i cromosomi sessuali? Prevediamo che ulteriori genomi di alta qualità di specie correlate contribuiranno a chiarire ulteriormente l'origine evolutiva del sistema ZW e a completare la storia.'

Avere due progetti separati che individuano gli stessi geni master candidati chiave indipendentemente l'uno dall'altro aumenta notevolmente la fiducia in queste scoperte. E condividere apertamente tutti i dati consente ad altri di costruire su questo lavoro, specialmente poiché il ruolo esatto di alcuni dei fattori di trascrizione che contribuiscono alla determinazione del sesso non è ancora completamente risolto.

La generazione di questi due nuovi assemblaggi del genoma di alta qualità è un enorme passo avanti per comprendere la storia completa della determinazione del sesso in questa specie.

Maggiori informazioni: Guo Q, et al., A near-complete genome assembly of the bearded dragon Pogona vitticeps provides insights into the origin of Pogona sex chromosomes. GigaScience (2025). doi.org/10.1093/gigascience/giaf079

Hardip Patel et al, A near-telomere to telomere phased genome assembly and annotation for the Australian central bearded dragon Pogona vitticeps, GigaScience (2025). DOI: 10.1093/gigascience/giaf085

Un webinar con i due autori principali è organizzato per il 26 agosto alle 10:00 UTC e offre l'opportunità di far loro domande su questo lavoro.

Informazioni sulla rivista: GigaScience

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