ZW Geschlechtsbestimmungssystem - ZW sex-determination system

ZW-Geschlechtsbestimmung bei Vögeln (am Beispiel von Hühnern)

Das ZW-Geschlechtsbestimmungssystem ist ein chromosomales System, das das Geschlecht der Nachkommen bei Vögeln , einigen Fischen und Krebstieren wie der Riesengarnele , einigen Insekten (einschließlich Schmetterlingen und Motten ), der Schistosomenfamilie der Plattwürmer und einigen Reptilien, z Mehrheit der Schlangen, lacertiden Eidechsen und Monitore einschließlich Komodowarane . Es wird auch in einigen Pflanzen verwendet, in denen es sich wahrscheinlich mehrmals unabhängig entwickelt hat. Die Buchstaben Z und W werden verwendet, um dieses System vom XY-Geschlechtsbestimmungssystem zu unterscheiden . In diesem System haben Frauen ein Paar unähnlicher ZW- Chromosomen und Männer haben zwei ähnliche ZZ- Chromosomen .

Im Gegensatz zum XY-Geschlechtsbestimmungssystem und dem X0-Geschlechtsbestimmungssystem , bei dem das Sperma das Geschlecht bestimmt, bestimmt beim ZW-System die Eizelle das Geschlecht der Nachkommen. Männer sind das homogametische Geschlecht (ZZ), während Frauen das heterogametische Geschlecht (ZW) sind. Das Z-Chromosom ist größer und hat mehr Gene, wie das X-Chromosom im XY-System.

Bedeutung der ZW- und XY-Systeme

Zwischen dem ZW- und dem Säugetier-XY-Chromosom von Vögeln werden keine Gene geteilt, und bei einem Vergleich zwischen Huhn und Mensch schien das Z-Chromosom dem autosomalen Chromosom 9 beim Menschen ähnlich zu sein als X oder Y, was die Forscher zu der Annahme veranlasst, dass das ZW und XY-Geschlechtsbestimmungssysteme haben keinen gemeinsamen Ursprung, sondern dass die Geschlechtschromosomen von autosomalen Chromosomen des gemeinsamen Vorfahren abgeleitet sind . Es wird angenommen, dass diese Autosomen geschlechtsbestimmende Loci entwickelt haben, die sich schließlich zu den jeweiligen Geschlechtschromosomen entwickelten, nachdem die Rekombination zwischen den Chromosomen (X und Y oder Z und W) unterdrückt wurde.

Das Schnabeltier , ein monotremes Säugetier, hat ein System von fünf Paaren von XY-Chromosomen. Sie bilden aufgrund homologer Regionen in der männlichen Meiose eine multiple Kette und spalten sich schließlich in XXXXX-Spermien und YYYYY-Spermien auf. Das Vogel-Z-ähnliche Paar zeigt sich an gegenüberliegenden Enden der Kette. Bereiche, die zum Z-Chromosom des Vogels homolog sind, sind über X3 und X5 verstreut. Obwohl das System der Geschlechtsbestimmung nicht unbedingt mit dem von Vögeln und definitiv nicht mit dem von therianischen Säugetieren verbunden ist , lässt die Ähnlichkeit zumindest den Schluss zu, dass Säugetiere Geschlechtschromosomen zweimal entwickelt haben. Der frühere Bericht, dass Schnabeltiere X-Chromosomen haben, die denen von Therian-Säugetieren ähneln, wird jetzt als Fehler angesehen.

Vogel und Schlange ZW sind nicht verwandt, da sie sich aus verschiedenen Autosomen entwickelt haben. Die vogelähnlichen Chromosomen des Schnabeltiers können jedoch darauf hinweisen, dass die Vorfahren von Schlangen ein vogelähnliches ZW-System hatten.

Artenübergreifend

Bei Vögeln

Während andere Organismen mit dem ZW-Geschlechtsbestimmungssystem nicht umfassend erforscht wurden, gaben Forscher 2007 bekannt, dass die Geschlechtschromosomen von Hühnern und Zebrafinken keine Art von chromosomenweiter Dosiskompensation aufweisen , sondern stattdessen die Dosis zu kompensieren scheinen auf einer Gen-für-Gen-Basis. Es wird angenommen, dass bestimmte Stellen auf dem Z-Chromosom des Huhns, wie die MHM-Region , eine regionale Dosiskompensation aufweisen, obwohl Forscher argumentiert haben, dass diese Region tatsächlich keine lokale Dosiskompensation darstellt. Weitere Forschungen erweiterten die Liste der Vögel, die keine chromosomweite Dosiskompensation aufweisen, auf Krähen und Laufvögel, was darauf hindeutet, dass allen Vogelchromosomen eine chromosomweite Dosiskompensation fehlt. Bei den Geschlechtschromosomen von Vögeln wurde sowohl eine transkriptionelle als auch eine translationale genspezifische Dosiskompensation beobachtet. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass geschlechtsabhängige miRNAs beteiligt sind, um das Vorhandensein von zwei Z-Chromosomen bei männlichen Vögeln zu kompensieren.

Es ist nicht bekannt, ob das Vorhandensein des W-Chromosoms weibliche Merkmale hervorruft oder ob es stattdessen die Duplikation des Z-Chromosoms ist, die männliche Merkmale hervorruft; im Gegensatz zu Säugetieren wurden keine Vögel mit einem doppelten W-Chromosom (ZWW) oder einem einzelnen Z (Z0) zufriedenstellend dokumentiert. Es ist jedoch bekannt, dass die Entfernung oder Beschädigung der Eierstöcke weiblicher Vögel zur Entwicklung des männlichen Gefieders führen kann, was darauf hindeutet, dass weibliche Hormone die Ausprägung männlicher Merkmale bei Vögeln unterdrücken. Es scheint möglich, dass einer der beiden Zustände den Tod des Embryos verursachen könnte oder dass beide Chromosomen für die Geschlechtsselektion verantwortlich sind. Ein mögliches Gen, das das Geschlecht bei Vögeln bestimmen könnte, ist das DMRT1- Gen. Studien haben gezeigt, dass für die männliche Geschlechtsbestimmung zwei Kopien des Gens notwendig sind.

Das ZW-Geschlechtsbestimmungssystem ermöglicht es, geschlechtsgebundene Hühner zu erzeugen, bei denen die Farbe beim Schlüpfen nach Geschlecht unterschieden wird, wodurch die Geschlechtsbestimmung der Küken erleichtert wird.

In Schlangen

Schlangen-W-Chromosomen zeigen im Vergleich zu ihren Z-Chromosomen unterschiedliche Zerfallsgrade. Dies ermöglicht die Verfolgung des Schrumpfens von W-Chromosomen (analog zum Schrumpfen von Y-Chromosomen) durch Vergleich zwischen den Arten. Die Kartierung bestimmter Gene zeigt, dass sich das Schlangensystem vom Vogelsystem unterscheidet. Welches Gen bei Schlangen geschlechtsbestimmend ist, ist noch nicht bekannt. Eine Sache, die auffiel, war, dass Python kleine Anzeichen von "W-Schrumpfung" zeigte.

Es ist jetzt bekannt, dass Boa- und Python- Familien wahrscheinlich ein XY-Geschlechtsbestimmungssystem haben. Das Interesse daran, dies zu untersuchen, kam von weiblichen Familienmitgliedern, die zur Parthenogenese fähigsind oder Nachkommen ohne Paarung produzieren. Im Jahr 2010wurde in freier Wildbahneine weibliche Boa constrictor gefunden , die auf diese Weise 22 weibliche Nachkommen hervorbrachte. Bis dahin wurde vermutet, dass ein solches Muster von den WW-Chromosomen erzeugt wurde. Python bivittatus und Boa imperator produzieren ebenfalls nur weibliche Nachkommen; ihre Genome teilen männliche spezifische Einzelnukleotidpolymorphismen, die durch Restriktionsenzymverdau identifizierbar sind. Ihre chromosomalen Ursprünge unterscheiden sich jedoch: Pythons XY ähneln dem ZW anderer Schlangen, während Boa XY auf Mikrochromosomen in anderen Schlangen abgebildet wird . Das reine Weibchen-Muster steht im Gegensatz zu den ZW Colubroidea- Parthenogenen, die immer männliche (ZZ) Nachkommen produzieren.

Bei Motten und Schmetterlingen

Bei Lepidoptera (Motten und Schmetterlinge) können Weibchen Z, ZZW und sogar ZZWW haben.

Bei Schistosomen

Die Familie Schistosomatidae, allgemein als Blutegel bezeichnet, sind kleine parasitäre Plattwürmer, die in den Blutgefäßen der Blase, der Leber, des Darms und anderer Organe von Vögeln und Säugetieren leben. Sie sind die einzige sexuell heteromorphe Familie in der Klasse der Trematoden und hängen davon ab, dass sie biochemisch in der Kopula gepaart bleiben, um ihren Lebenszyklus zu vervollständigen. Die heterogametischen Geschlechtschromosomen bei Weibchen von neun Schistosomenarten wurden erstmals 1960 von der Genetikerin Margaret Menzel und dem Parasitologen Robert B. Short von der Florida State University beschrieben verdicken und mit ihrem homologen Partner ausrichten.

Bei Schildkröten

Trionychidae- Schildkröten besitzen ein ZZ-ZW-Geschlechtsbestimmungssystem, das irgendwann zwischen dem Beginn des Jura und der Unterkreide entstand.

In Pflanzen

Unter den etwa 5 % der Pflanzenarten, die getrennte männliche und weibliche Individuen haben ( diözisch ), sind mehrere für ein ZW-System der Geschlechtsbestimmung bekannt. Dazu gehören Pistazien , verschiedene Erdbeerarten, darunter Fragaria virginiana , Fragaria chiloensis und mehrere Weidenarten, darunter Salix viminalis und Salix purpurea .

Siehe auch

Verweise

Medien im Zusammenhang mit dem ZW-Geschlechtsbestimmungssystem bei Wikimedia Commons

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