Memajukan pengeditan gen dengan varian CRISPR / Cas9 baru - ScienceDaily
Lingkungan

Rahasia di balik ornamen pria – ScienceDaily


Bulu ekor merak, tanduk besar kumbang badak jantan, tanduk rusa yang menonjol: Di alam, ada banyak sekali contoh ciri yang pada pandangan pertama mungkin hanya merugikan pemiliknya. Lagi pula, lebih sulit untuk bersembunyi dari pemangsa ketika seseorang mengenakan bulu berwarna-warni, dan tanduk besar tidak membuat melarikan diri di hutan menjadi lebih mudah. Biasanya, laki-laki yang memiliki karakteristik seperti itu.

Evolusi ornamen jantan sangat menarik bagi para ahli biologi sejak saat itu. Charles Darwin sudah bertanya-tanya bagaimana struktur berbahaya yang berlebihan, memakan energi, dan pada prinsipnya berbahaya itu bisa diciptakan oleh seleksi alam. Menggunakan contoh ikan swordtail (Xiphophorus hellerii), dia menjelaskan teorinya tentang seleksi seksual. Ide dasar Darwin: Jika betina lebih suka kawin dengan pembawa sifat-sifat hias yang mencolok, sifat-sifat seperti itu mungkin menjadi mapan selama evolusi meskipun mereka cenderung berbahaya bagi pemiliknya.

Ilmuwan dari Würzburg, Constance, dan AS kini telah berhasil menemukan basis genetik model evolusi ini di Xiphophorus, yang juga dikenal oleh aquarist sebagai salah satu hewan peliharaan favorit mereka. Di antara semua gen yang memenuhi syarat, para peneliti mengidentifikasi beberapa yang bertanggung jawab atas pengembangan sifat hias yang sesuai pada spesies ikan ini. Penemuan mereka juga menunjukkan bahwa pada ekor pedang sebuah gen yang sebenarnya penting untuk proses syaraf di otak telah mengambil fungsi tambahan baru selama evolusi.

Para ilmuwan mempublikasikan temuan mereka di jurnal Biologi Saat Ini. Manfred Schartl, seorang profesor senior di Departemen Perkembangan Biokimia di Universitas Würzburg, adalah penulis utama studi tersebut. Proyek ini diprakarsai bersama oleh ahli biologi evolusioner Axel Meyer dari Constance University yang dengannya para peneliti Würzburg telah menyelidiki fenomena ini selama bertahun-tahun. Selama lebih dari dua dekade, dua laboratorium di Universitas Würzburg dan Constance bersama-sama meneliti dasar genetik pedang. Penelitian saat ini telah membawa para ilmuwan selangkah lebih dekat untuk memahami dasar genetik dari sirip ekor pedang yang diperpanjang.

“Pada beberapa spesies dari genus Xiphophorus, jantan membawa apa yang disebut ‘pedang’, perpanjangan mencolok dari tepi bawah sirip ekor, yang berwarna kuning, oranye atau merah dan dikelilingi oleh tepi hitam gelap,” jelas Manfred Schartl. Pedang berkembang selama masa pubertas dan bisa selama ikan itu sendiri dalam beberapa spesies. Ini sebenarnya merugikan, karena ornamen tubuh yang mencolok menarik predator di satu sisi dan di sisi lain membuat pelarian lebih sulit karena mengurangi kinerja berenang. Namun, betina Xiphophorus hellerii dan beberapa spesies terkait lebih suka kawin dengan jantan yang membawa pedang panjang – jantan dengan pedang pendek kalah dalam kompetisi ini.

Secara bertahap mengecualikan tersangka

Dasar genetik dari perpanjangan sirip ekor di Xiphophorus ini sebelumnya tidak diketahui. Namun, pengetahuan tentang fenomena ini diperlukan untuk menguji hipotesis tentang peran seleksi seksual pada tingkat genetik molekuler.

Para ilmuwan melakukan pendekatan bertahap untuk menentukan gen yang bertanggung jawab. Mereka mulai dengan mencari semua gen yang secara spesifik aktif dalam pedang yang mengembangkan bagian sirip ekor, tetapi tidak di daerah sirip yang tidak membentuk pedang. “Proses ini menghasilkan satu set 329 gen yang diekspresikan secara berbeda di semua transkriptom pedang,” kata Schartl, menjelaskan hasilnya. Istilah transkriptom mengacu pada keseluruhan gen yang ditranskripsi dalam sel atau jaringan pada titik waktu tertentu, yaitu aktif.

Pertimbangan bahwa gen yang bertanggung jawab atas pembentukan pedang hanya diekspresikan pada laki-laki menyebabkan penurunan yang signifikan dalam jumlah tersangka pada langkah berikutnya. Para ilmuwan membuat transkriptom sel dari area spesifik sirip ekor pada spesimen jantan dan betina. Jika betina menunjukkan aktivitas yang sebanding dengan jantan, jelas bahwa gen ini bukan di antara kandidat yang dicari. Setelah proses ini, 255 dari 329 gen asli tetap ada.

Menariknya, perbandingan ini mengungkapkan bahwa pola spasial dari lima faktor transkripsi – Zic1, Hoxb13a, Six2a, Tbx3a dan Pax9 – bertanggung jawab untuk mengatur prasyarat pada sirip ekor untuk pengembangan pedang, dan bahwa pola ini juga hadir pada wanita, “kata Schartl.

Penyeberangan balik memberikan informasi penting

Pemetaan genetik datang berikutnya untuk mengurangi jumlah kandidat gen yang masih tinggi dari 255. Untuk tujuan ini, pejantan ekor pedang disilangkan dengan betina dari spesies terkait yang pejantannya telah kehilangan pedang selama evolusi. Keturunan jantan dari perkawinan ini memiliki pedang dengan panjang berbeda karena pencampuran genom induk tergantung pada susunan genetik acak mereka. Pengurutan genom tersebut menggunakan teknik throughput tinggi khusus kemudian memungkinkan untuk menghubungkan segmen kromosom tertentu dengan pembentukan pedang, dan yang memiliki daftar kandidat gen. Akhirnya, tiga gen tersisa.

Sorotan pada satu tersangka utama

Gen dengan nama ilmiah kcnh8 terbukti sangat penting untuk perkembangan sifat laki-laki. “Gen ini mengkodekan saluran kalium – sekelompok saluran yang memainkan peran penting khususnya dalam transmisi dan pemrosesan rangsangan dalam sistem saraf,” kata Schartl. Penemuan baru menunjuk pada sebuah gen dengan fungsi utama dalam sel saraf yang direkrut selama evolusi untuk mengembangkan pedang jantan sekitar tiga sampai lima juta tahun yang lalu, yaitu pada awal diversifikasi ikan ekor pedang. Fungsi baru ini bukan karena perubahan struktural dalam gen dan produknya, tetapi karena perubahan regulasi gen.

Memang, percobaan menunjukkan bahwa kcnh8 dalam pedang selama perkembangan normal dan setelah perawatan dengan hormon pria sangat diatur di wilayah tempat pedang diatur. Di semua area sirip jantan dan sirip ekor betina hanya diekspresikan dengan lemah. Selain itu, penelitian lebih lanjut menunjukkan korelasi langsung antara tingkat ekspresi gen kcnh8 dan panjang pedang.

Schartl dan Meyer menerima dukungan untuk penelitian mereka tentang saluran kalium dari sumber yang diharapkan: ahli botani dari Universitas Würzburg. Rainer Hedrich, yang mengepalai Departemen Fisiologi dan Biofisika Tanaman Molekuler, dan koleganya, Profesor Dietmar Geiger, telah mempelajari saluran kalium untuk waktu yang lama. Teknik yang mereka gunakan – metode penjepitan tambalan khusus – dapat dengan mudah dipindahkan dari tanaman ke ikan.

Saluran kalium mengangkut partikel bermuatan listrik dan dengan demikian menyebabkan perubahan potensial membran dalam sel dan jaringan. Menurut para ilmuwan, saluran semacam itu menciptakan gradien bioelektrik seluruh jaringan yang memengaruhi struktur keseluruhan lingkungan mikro seluler. Fenomena serupa telah diamati dalam proliferasi sel kanker dan menimbulkan hipotesis tentang pentingnya gradien ion untuk pengendalian pertumbuhan. Peran Kcnh8 dalam perkembangan hasil ventral caudal pada ekor pedang jantan sangat sesuai dengan model ini.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Pengeluaran SGP