variație

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • Analiza moștenirii fenotipului sexual folosind un „model animal” logistic
  • Analiza moștenirii fenotipului sexual folosind un model de prag
  • Analiza moștenirii fenotipului sexual folosind un „model animal” continuu
  • Interacțiunile dintre genotipuri și mediu
  • discuţie

obiecte

  • Genetica ecologică
  • Variație genetică
  • Evoluții majore

abstract

Aici analizăm și cuantificăm contribuțiile genetice, materne și de mediu la determinarea sexului la gecko leopard, Eublepharis macularius. Cunoaștem pedigree-ul, temperatura de incubație și sexul majorității animalelor din colonia noastră de reproducere, ceea ce face ca datele să fie ideale pentru analize folosind un „model animal” (Kruuk, 2004). Analiza modelelor de moștenire pentru fenotipul sexual în genealogia de 13 generații a relevat variații segregatoare pentru TSD, inclusiv variante de aditiv și de dominanță și interacțiuni semnificative genotip-temperatură. Demonstrarea variației genetice pentru a determina sexul sugerează că analizele QTL ar fi utile pentru a identifica loci specifici care controlează TSD la această specie. De asemenea, am testat diferite tipuri de efecte asupra mamei în determinarea sexului. În special, identitatea mamelor, starea corpului mamei și ordinea conjuncțiilor (în timpul sezonului de reproducere) nu au avut un efect detectabil asupra determinării sexului, dar raporturile de sex au diferit semnificativ în timpul sezonului de reproducere.

Rezultatul

Analiza moștenirii fenotipului sexual folosind un „model animal” logistic

Așa cum era de așteptat pentru speciile TSD, această analiză a relevat un efect puternic al temperaturii de incubație asupra determinării sexului (Tabelul 2). Controlul temperaturii, sezonul de reproducere a avut un efect asupra determinării sexului (Tabelul 2). De asemenea, au existat variații genetice aditive semnificative pentru determinarea sexului la temperaturi și o interacțiune semnificativă a dominanței temperaturii (Tabelul 2). Ordinea conjuncțiilor (cuibărite în timpul sezonului de reproducere), starea corpului matern și alte efecte aleatorii în model (adică schimbarea dominanței, identificarea mamei, aditivul de interacțiune prin temperatură și interacțiunea dintre ID și temperatura mamei) nu au afectat determinarea genului (Tabelul 2).

Tabel în dimensiune completă

Pentru a analiza în continuare efectele genetice și non-genetice asupra determinării sexului, am analizat moștenirea fenotipului sexual la 30 și 32,5 ° C. Alte temperaturi au fost excluse deoarece au prezentat variații fenotipice mici (de exemplu, raporturi de sex foarte părtinitoare) sau au avut foarte mici mărimile eșantionului (a se vedea tabelul 1). Temperatura a avut încă un efect semnificativ asupra determinării sexului în modelul redus, precum și în timpul sezonului de reproducere, cu o creștere generală a proporției de masculi produși la 30 și 32,5 ° C în anotimpurile următoare (Tabelul 3; Figura 1). În plus, au existat variații genetice aditive semnificative în determinarea sexului la temperaturi și o interacțiune semnificativă a dominanței cu temperatura (Tabelul 3).

Tabel în dimensiune completă

Raportul de gen în funcție de temperatura de incubație și sezonul de reproducere a leopardului gecko.

Imagine la dimensiune completă

În fiecare dintre aceste temperaturi, am testat, de asemenea, efectele genetice și efectele non-genetice asupra mamei. Variația genetică aditivă pentru sex a fost semnificativă la 30 ° C, dar nu a fost semnificativă la 32,5 ° C (Tabelul 4). În schimb, schimbarea dominanței nu a fost semnificativă la 30 ° C, dar a fost semnificativă la 32,5 ° C (Tabelul 4). Sezonul de cuibărit a fost semnificativ, dar ID-ul mamei, ordinea comună și starea mamei nu au fost semnificative la nici o temperatură.

Tabel în dimensiune completă

Analiza moștenirii fenotipului sexual folosind un model de prag

Moștenirea responsabilității pentru dezvoltarea ovariană comparativ cu testiculul a fost calculată la 30 și 32,5 ° C. Estimările moștenirii înguste pe baza regresiei părinților și a descendenților și a vitreilor paterni au fost similare în interiorul temperaturii (Tabelul 5). Deși estimările eredității la 30 ° C nu au fost semnificativ mai mari de zero din cauza erorilor standard mari, ele au fost în concordanță cu „modelul animal” logistic (a se vedea mai sus) și „modelul animal” continuu (a se vedea mai jos), care a dezvăluit un ingredient semnificativ . variație la 30 ° C. La această temperatură, raportul bărbat-femeie în întreaga populație a fost de 31,47% (n = 591). Cu toate acestea, masculii la 30 ° C produceau descendenți la această temperatură cu un raport de sex care este mai ocupat de bărbați (39, 13% bărbați) (n = 46). În mod similar, familiile paterne cu un frate vitreg cu cel puțin un bărbat au avut un raport de sex cu o prejudecată mai mare a bărbaților 35, 49% dintre bărbați (n = 293) la 30 ° C.

Tabel în dimensiune completă

Estimările eredității cu sens restrâns bazate pe regresia părinților și a descendenților și a fraților vitregi paterni au fost aproape zero la 32,5 ° C (Tabelul 5). Aceste rezultate au fost, de asemenea, în concordanță cu „modelul animal” logistic (a se vedea mai sus) și „modelul animal” continuu (a se vedea mai jos), care nu au prezentat o schimbare aditivă la 32,5 ° C. Raportul de sex în întreaga populație la 32,5 ° C a fost de 33, 84% femei (n = 851). Femelele de la 32,5 ° C au produs descendenți cu un raport de sex ușor mai mare de 35,71% dintre femele (n = 154). Familiile vitrege paterne cu cel puțin o femeie au avut un raport de sex de 33,06% (n = 487), care a fost în esență același cu raporturile de sex în întreaga populație.

Analiza moștenirii fenotipului sexual folosind un „model animal” continuu

Tabel în dimensiune completă

Interacțiunile dintre genotipuri și mediu

În analizele anterioare, am găsit interacțiuni semnificative ale genotipului cu temperatura. Doi factori au contribuit la această interacțiune, care poate fi ilustrat de un set redus de date de la 12 masculi reproducători care aveau numeroși descendenți la fiecare temperatură (medie = 13, 4 descendenți/temperatură; interval = 7-27 descendenți/temperatură). Primul factor a fost schimbarea sensibilității la temperatură între genotipuri: descendenții unor perechi au fost foarte sensibili la temperatură, în timp ce alții au fost mai puțin sensibili (standardele care răspund la reacțiile încrucișate din Figura 2). Al doilea factor a fost variabilitatea redusă a raportului de sex între familiile de familii paterne semi-ridicole la 32,5 ° C comparativ cu 30 ° C: variația dintre aceste perechi a fost semnificativă la 30 ° C (LRχ 2 = 51, 5, df = 11, P

Standarde de reacție în ceea ce privește raportul de sex în funcție de temperatura de incubație și identitatea familiei la geckos leopard. Fiecare linie combină raportul de sex pentru o familie individuală de familii semi-dulci (care este urmașul unui singur mascul) împărțit între două temperaturi de incubație, așa cum este descris în text.

Imagine la dimensiune completă

discuţie

S-a recunoscut mult timp că interacțiunile genotipului pe bază de temperatură sunt esențiale pentru dezvoltarea TSD (Conover și Kynard, 1981; Bull, 1983; Conover și Van Voorhees, 1990; Janzen, 1992; Rhen și Lang, 1998; Janes și Wayne), 2006). Cu toate acestea, rezultatele noastre oferă prima dovadă clară a variației genetice a sensibilității termice la reptilele TSD. Interacțiunile genotipului legate de temperatură în gecko leopard ar putea fi rezultatul efectelor alelice dependente de temperatură. Cu alte cuvinte, alelele care au efecte aditive asupra raportului de sex la 30 ° C ar putea avea o dominanță la 32,5 ° C. Această propunere se bazează pe o scădere a varianței aditive și o creștere paralelă a varianței de dominanță pentru un raport de sex care variază de la 30 la 32, 5 ° C. Aceasta corespunde unui model de sensibilitate alelică pentru plasticitatea fenotipică (Via și colab., 1995; Lacaze și colab., 2009). Localizarea comună a QTL pentru determinarea sexului la 30 și 32,5 ° C ar fi în concordanță cu această ipoteză, în timp ce QTL unic la 30 și 32,5 ° C ar infirma ipoteza.

Prezentăm modelul genetic în Figura 3, care arată cum o modificare dependentă de temperatură a efectelor alelice poate explica modelul observat al interacțiunilor genotip-temperatură. Presupunem un sex care localizează S locus cu alele alternative. Prima alelă (SF) susține dezvoltarea femelelor, în timp ce a doua alelă (SF) susține dezvoltarea masculilor, indiferent de temperatura de incubație. În timp ce se menține consistența tuturor celorlalți factori genetici și de mediu, diferența în raportul de sex între homozigoții SF SF și SMS M este aceeași la 30 și 32,5 ° C. În schimb, efectele alelice ale heterozigoților SFSM depind de temperatura de incubație. La 30 ° C, alelele SF și SM au efecte aditive, astfel încât heterozigoții SFSM au un raport de sex între homozigoti. Interacțiunile alelice se schimbă la 32,5 ° C, astfel încât alela SM domină acum alela SF, iar heterozigoții SFSM au același raport de sex ca homozigoții SMSM. În alte sisteme experimentale, s-au raportat schimbări de dominanță între alele în funcție de mediu și au o bază teoretică puternică (Wright, 1977; Bourguet și colab., 1996; Leips și Mackay, 2000; Corella și colab., 2001).

Model hipotetic al efectelor alelice dependente de temperatură asupra raportului de sex la 30 și 32,5 ° C. Deși alelele SM și SF au efecte aditive asupra raportului de sex la 30 ° C, alela SM prezintă dominanță la 32,5 ° C. Acest model ar putea explica modelul observat al interacțiunilor genotip-mediu și moștenirea/dominanța specifice mediului.

Imagine la dimensiune completă

Acest model de acțiune genetică este interesant dintr-o perspectivă evolutivă, deoarece oferă un mecanism pentru menținerea variației genetice a TSD. Dacă temperatura are un efect diferit asupra fitnessului masculin și feminin, așa cum prezice teoria, și 30 ° C produce femele mai bune și 32,5 ° C produce bărbați mai buni, heterozigoții ar fi într-o stare mai bună decât homozigotii pentru această genă ipotetică care determină sexul (supradominanță) există). De fapt, am documentat efecte puternice ale temperaturii de incubație asupra fenotipului la geckos leopard masculin și feminin care ar putea provoca acest model de selecție specifică sexului (revizuit în Crews și colab., 1998; Rhen și Crews, 1999; Rhen și Crews, 2000). Sakata și Crews, 2003).

În ciuda unei demonstrații clare a variației segregatoare pentru determinarea sexului, „modelul animal” nu poate dezvălui arhitectura genetică pe care se bazează TSD (adică, numărul locurilor, efectele alelice individuale, interacțiunile dintre loci etc.)

). Pentru a simplifica analiza noastră, am presupus că singurii factori care au contribuit la variația raportului de sex au fost variațiile aditive și de dominanță și efectele non-genetice asupra mamei. Estimările de moștenire bazate pe regresii părinte-descendenți, analize semis paterne și „modelul animal” au fost în concordanță una cu cealaltă, sugerând că această presupunere era rezonabilă. Cu toate acestea, interacțiunile epistatice între două (sau mai multe) loci pot fi implicate în determinarea sexului. Pentru a estima varianța datorată epistazei (Falconer și Mackay, 1996), ar fi necesare modele de reproducere mai complexe cu probe mult mai mari. Cu toate acestea, principalele noastre concluzii sunt solide: am găsit variații genetice semnificative în TSD, dar efecte neglijabile asupra mamei.

Descoperirile noastre au fost clarificate prin studii ulterioare privind sexul la gecko leopard. Janes și Wayne (2006) au raportat interacțiuni semnificative de temperatură la gecko leopard. Acești cercetători au creat un studiu de reproducere controlat, folosind 10 gecoși masculi și 50 geci feminini: fiecare mascul a fost împerecheat cu cinci femele într-un design imbricat. Ouăle au fost incubate la 26, 30 sau 32,5 ° C până la eclozare și sexul descendenților a fost analizat prin ANOVA și model continuu. Acest design de reproducere permite împărțirea variației fenotipice între tatăl, între barajele cuibărite în tatăl și descendenții din baraj (Falconer și Mackay, 1996). Diferențele dintre surori se datorează exclusiv împrăștierii genetice aditive, în timp ce împrăștierea aditivă, împrăștierea dominantei și efectele materne contribuie la împrăștierea barajului (Falconer și Mackay, 1996). Janes și Wayne (2006) au raportat o interacțiune semnificativă a barajului cu temperatura, dar niciun efect major al barajului. Descoperirile noastre susțin concluzia lor că această interacțiune a fost de fapt o interacțiune genotip-temperatură (vezi discuția de mai sus).

În acest moment, este important să se facă distincția între diferite tipuri de efecte materne. Studiul nostru oferă un test pentru diferite efecte fiziologice, inclusiv identitatea maternă, starea corpului mamei, ordinea conjunctivală și perioada de reproducere și elimină experimental efectele comportamentale. De exemplu, alegerea micromediului matern specific poate afecta temperatura cuiburilor în sălbăticie și în laborator, ceea ce la rândul său ar putea afecta sexul descendenților (Bull și colab., 1988; Bragg și colab., 2000; Janzen și Morjan, 2001; Ewert). și colab., 2005; Kamel și Mrosovsky, 2005; Doody și colab., 2006; Kamel și Mrosovsky, 2006; Warner și Shine, 2008b; McGaugh și colab., 2010). Cu toate acestea, acest studiu s-a concentrat pe răspunsul embrionilor la temperatură și nu pe selecția locului cuibului mamei.

În rezumat, am constatat că a existat o variație de segregare în leopardul TSD captiv. Această descoperire deschide o nouă abordare a identificării genelor implicate direct în transferul de temperatură la un semnal biologic pentru determinarea sexului. De exemplu, analizele QTL pot fi utilizate pentru a identifica și estima numărul loci care afectează determinarea sexului (Spigler și colab., 2008). Un astfel de studiu ar permite, de asemenea, estimarea abaterilor de dominanță pentru loci specifici la diferite temperaturi pentru a testa modelul sensibilității alelice împotriva altor mecanisme de interacțiune genotip-mediu (Via și colab., 1995). În plus, descoperirile noastre ridică întrebări cu privire la modelele de variație genetică a TSD la geckos leopard sălbatic. Populațiile sunt diferențiate genetic, așa cum pare să fie cazul unor tipuri de TSD? Populațiile de broaște țestoase care ocupă nișe termice diferite prezintă profiluri TSD diferite (Ewert și colab., 2005). Deși este tentant să speculăm că diferențele de gen la alte reptile TSD se datorează și variației genetice, această ipoteză poate fi testată doar prin studii genetice prospective atent concepute.