Dubbele draken helpen bij het uitleggen van geslachtsbepaling van reptielen

18 augustus 2025

door GigaScience

bewerkt door Sadie Harley, beoordeeld door Robert Egan

wetenschappelijk redacteur

associate editor

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgden:

feiten gecontroleerd

peer-reviewed publicatie

nagekeken

Twee verschillende studies gepubliceerd in GigaScience presenteren de bijna complete referentiegenomen van de baardagaam (Pogona vitticeps), een wijdverspreide soort draak hagedis die veel voorkomt in het centrale oosten van Australië en populair is als huisdier in Europa, Azië en Noord-Amerika. Deze soort heeft een ongewone eigenschap voor een dierensoort: of deze hagedis opgroeit tot een mannetje of een vrouwtje hangt niet alleen af van genetica, maar ook van de temperatuur van zijn nest.

Dit heeft het lang een nuttig model gemaakt om de biologische basis van geslachtsbepaling te bestuderen, en de opkomst van enorme technologische verbeteringen in genomica heeft eindelijk een regio van het genoom en een potentieel leidend geslachtsbepalend gen gevonden dat waarschijnlijk centraal staat in mannelijke seksuele differentiatie. De onafhankelijke verificatie hiervan door twee verschillende groepen met behulp van twee verschillende benaderingen maakt dit tot een veel sterker resultaat.

Baardagamen hebben een ongewoon geslachtsbepalend systeem dat wordt beïnvloed door zowel genetica als omgevingsfactoren, specifiek temperatuur.

In tegenstelling tot de meeste dieren waar geslacht uitsluitend wordt bepaald door chromosomen, kunnen baardagamen van mannelijk naar vrouwelijk worden omgekeerd door hoge broedtemperaturen. Dit betekent dat een hagedis met mannelijke chromosomen zich kan ontwikkelen tot een functioneel vrouwtje als het ei bij een warme genoeg temperatuur wordt uitgebroed.

Net als bij vogels en veel reptielen heeft deze soort een ZZ/ZW geslachtschromosomensysteem waarbij vrouwtjes een paar ongelijke ZW-chromosomen hebben en mannen twee vergelijkbare ZZ-chromosomen hebben.

Geslachtsbepaling bij deze soort is verder gecompliceerd, aangezien genotypische ZZ-mannetjes bij hoge broedtemperaturen kunnen veranderen in fenotypische vrouwtjes zonder hulp van het W-chromosoom of W-gebonden genen.

Nieuwe ultralange nanopore-sequencingtechnologie stelt ons nu in staat telomeer-tot-telomeerassemblages (T2T) van de geslachtschromosomen te genereren en de niet-hercombinerende regio's te identificeren om het veld van mogelijke geslachtsbepalende genen in soorten met chromosomale geslachtsbepaling te verkleinen.

De mogelijkheid van deze technologie om de maternale en paternal helften van het genoom beter te scheiden maakt nu veel gemakkelijkere vergelijkingen mogelijk van de Z- en W-sequenties om potentieel verlies of verschillen in functie van belangrijke geslachtsgen-kandidaten te beoordelen.

Het eerste artikel van onderzoekers van BGI, Chinese Academy of Sciences en Zhejiang University, maakt gebruik van DNBSEQ short-reads gecombineerd met long-reads van de nieuwe CycloneSEQ nanopore-sequencer, dit is het eerste diergenoom dat met deze technologie is gepubliceerd.

De productie van het tweede genoom werd geleid door onderzoekers van de Universiteit van Canberra, met bijdragen aan analyses van onderzoekers aan de Australian National University, Garvan Institute for Medical Research, University of New South Wales en CSIRO naast Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) in Spanje.

Deze assemblage maakt gebruik van PacBio HiFi, ONT ultralange reads en Hi-C-sequencing. Het hebben van referentiegenomen gepubliceerd met behulp van deze twee verschillende technologieën maakt een vergelijking tussen de ONT- en CycloneSEQ-technologieën mogelijk voor de eerste keer. Beide technologieën vullen elkaar ook aan door het onderzoeken van de geslachtsbepalingsvraag met verschillende benaderingen.

Het eerste genoom codeerde een ZZ-mannelijke centrale baardagaam om het hele Z-geslachtschromosoom voor het eerst te karakteriseren, terwijl het tweede het genoom van een vrouwelijk ZW-individu assembleerde.

De nieuwe nanopore-sequencer maakte ook het herstel mogelijk van ongeveer 124 miljoen basenparen van eerder onbeschreven en ontbrekende sequenties (bijna 7% van het genoom), waarbij talrijke genen en regulerende elementen waren inbegrepen om het complexe geslachtsbepalende systeem beter te verduidelijken.

Ontdek het laatste op het gebied van wetenschap, technologie en ruimte met meer dan 100.000 abonnees die vertrouwen op Phys.org voor dagelijkse inzichten. Meld je aan voor onze gratis nieuwsbrief en ontvang updates over doorbraken, innovaties en onderzoek die er toe doen - dagelijks of wekelijks.

Beide projecten assembleerden 1,75 Gbp genoomassemblages van uitzonderlijk hoge kwaliteit om alle telomeren samen te stellen, en slechts enkele gaten bleven over, voornamelijk gelegen in de microchromosomen.

Het gebruik van deze gegevens toonde aan dat de Z- en W-specifieke geslachtschromosomen werden samengesteld in enkele scaffolds, en een 'pseudo-autosomale regio' (PAR) waar de geslachtschromosomen pairen en recombineren werd ook gedetecteerd op chromosoom 16.

De sequencing van de mannelijke draak door het BGI-team zocht naar genen die specifiek waren voor Z maar niet voor de W chromosomen, en Amh en Amhr2 (het Anti-Müllerse hormoon gen en zijn receptor) plus Bmpr1a werden bepaald als sterke kandidaten voor de geslachtsbepalende genen in deze soort.

De sequencing van de vrouwelijke draak door het door Australië geleide team wees naar dezelfde kandidaat Sex Determination Region (SDR) van hun drakengenoom, en benadrukte ook Amh en Amhr2 als de waarschijnlijke kandidaatgenen.

Het bestuderen van de expressie in verschillende ontwikkelingsstadia vond dat Amh significante mannelijke-bias expressiepatronen had, waardoor het het meest waarschijnlijke kandidaat was als het belangrijkste geslachtsbepalende gen.

De differentiële expressie van een ander geslachtsgerelateerd gen, Nr5a1, in de PAR, suggereert dat het verhaal misschien ingewikkelder is, omdat Nr5a1 een transcriptiefactor codeert met bindingsplaatsen op het Amh-promotorgebied. In tegenstelling tot veel vissen die Amh-achtige genen inzetten bij geslachtsbepaling, blijven de autosomale kopieën van Amh en zijn receptorgen Amhr2 intact en functioneel.

Het zou kunnen dat het geslacht wordt bepaald door een vorm van overleg tussen genen op de geslachtschromosomen van de baardagaam, gemodereerd door hun resterende autosomale kopieën.

Het belangrijkste hoogtepunt van deze samenstellingen is dan ook de ontdekking van genetische elementen die centraal staan in mannelijke geslachtsdifferentiatie bij gewervelden, op de geslachtschromosomen.

De genen Amh en dat de codering van zijn receptor AMHR2 zijn gekopieerd naar het Z-chromosoom in het niet-hercombinerende gebied, en zijn daarom duidelijke kandidaten voor het meest belangrijke geslachtsbepalende gen dat werkt via een dosis-gebaseerd mechanisme in deze soort, een ontdekking die jarenlang aan ontdekking is ontsnapt.

Er is tot op heden geen hoofdgeslachtsbepalend gen zoals Sry bij zoogdieren of Dmrt1 bij vogels ontdekt in enige reptielensoort. Dit nieuwe werk levert een duidelijke kandidaat op in Amh, die in dubbele dosis aanwezig is in het ZZ-man en in enkele dosis in de ZW-vrouw.

Arthur Georges van de Universiteit van Canberra en senior auteur van het tweede paper zegt over het nut van dit werk: 'We anticiperen versnelde onderzoeken op andere gebieden die voortkomen uit deze nieuw beschikbare samenstellingen, zoals craniale ontwikkeling, hersenontwikkeling, gedragsstudies, gen-gen en gen-milieu interacties in vergelijkende studies van gewervelde geslachtsbepaling en op vele andere gebieden op zoek naar een goed ondersteund squamate model waarmee vergeleken kan worden met hun modelsoort, of het nu muis, mens of vogel is.'

'Ik blijf me verbazen over de snelheid van de vooruitgang van de Chinese wetenschap. In relatief weinig jaren hebben BGI en haar partnerondernemingen sequencingstechnologieën ontwikkeld die resultaten leveren die net zo goed zijn, en een doorvoer en kosteneffectiviteit die beter zijn dan concurrerende technologieën op de markt. Deze genoomsamenstellingen getuigen van dat niveau van behaald succes.'

Qiye Li van BGI en senior auteur van het eerste paper, hoofdauteur van het Chinese project, legt hun redenering uit voor het gebruik van deze benadering: 'We besloten vorig jaar te beginnen met het werken aan het genoom van de baardagaam als het eerste dierlijke genoom voor deze nieuwe sequencer omdat het het Jaar van de Draak was in China.'

'Dankzij de onbevooroordeelde lange reads die door de CycloneSEQ sequencer worden geleverd, verkregen we gemakkelijk een zeer aaneengesloten genoomsamenstelling en losten we zeer repetitieve en hoog-GC-gebieden op die traditioneel uitdagend waren voor samenstelling. De twee referentiegenomen, afgeleid van verschillende geslachten en gegenereerd door verschillende technologieën, zijn inderdaad complementair aan elkaar.

'Ik ben enthousiast dat beide genomen de sleutelrol van AMH-signalering bij geslachtsbepaling in deze soort pinpointen. Maar hoe zijn de geslachtschromosomen ontstaan? We anticiperen dat aanvullende hoogwaardige genomen van verwante soorten het evolutionaire oorsprong van het ZW-systeem verder zullen verduidelijken en het verhaal compleet zullen maken.'

Het feit dat twee afzonderlijke projecten dezelfde belangrijke kandidaat meestergenen onafhankelijk van elkaar vinden, vergroot aanzienlijk het vertrouwen in deze bevindingen. En het openlijk delen van alle gegevens stelt anderen in staat om voort te bouwen op dit werk, vooral omdat de exacte rol van sommige van de andere bijdragende transcriptiefactoren die verband houden met geslachtsbepaling nog niet volledig zijn opgelost.

De generatie van deze twee nieuwe genomen van hoge kwaliteit is echter een enorme stap voorwaarts naar een beter begrip van het complete verhaal van geslachtsbepaling in deze soort.

Meer informatie: Guo Q, et al., Een bijna compleet genoomsamenstelling van de baardagaam Pogona vitticeps biedt inzichten in de oorsprong van Pogona geslachtschromosomen. GigaScience (2025). doi.org/10.1093/gigascience/giaf079

Hardip Patel et al, Een bijna-telomeer tot telomeer gefaseerde genoomsamenstelling en annotatie voor de Australische centrale baardagaam Pogona vitticeps, GigaScience (2025). DOI: 10.1093/gigascience/giaf085

Een webinar met de twee hoofdauteurs wordt georganiseerd op 26 augustus om 10.00 uur UTC en biedt de mogelijkheid om hen vragen te stellen over dit werk.

Tijdschrift informatie: GigaScience

Verstrekt door GigaScience