Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

O kohoutkovi a slepičce

Jak je určeno pohlaví u ptáků, a nejen u nich
 |  9. 9. 2010
 |  Vesmír 89, 515, 2010/9

V souvislosti s nastávající „šťastnou událostí“ padne otázka „Holka, nebo kluk?“ asi v každé rodině. Člověka odedávna zajímalo, co určuje pohlaví potomků.1) Teorií vymyslel přehršel. Staří Řekové byli například přesvědčeni, že u ovcí rozhoduje o pohlaví teplota, protože každá ovečka byla podle jejich názoru jen „nedopečený“ beránek. Pokud vanul na březí ovce teplý vítr od moře a zahříval je, měly rodit beránky. Po podchlazení studenými vichry z hor měly přivádět na svět ovečky. Antická koncepce pohlaví určeného teplem se u savců nepotvrdila, moderní věda ji však odhalila u plazů.2) Teplota během inkubace vejce určuje pohlaví vyvíjejících se zárodků například u želv nebo krokodýlů.

Vědci pomalu, ale jistě odhalili mechanismy určující pohlaví u širokého spektra živočichů. Jednou z posledních významných „nedobytých bašt“ zůstávali ptáci. Na otázku, které geny rozhodnou o tom, zda se z vajíčka vylíhne kohoutek nebo slepička, odpovídali vývojoví biologové jen krčením ramen.

Rozpaky vzbuzují i odhalené mechanismy určení pohlaví. Jsou tak nějak „každý pes, jiná ves“. U savců je připisována ústřední role genu SRY.3) Mají na něj monopol samci a samice jej nemají. Savčího samce tedy dělá něco, co má oproti samicím navíc. U včel je samičí pohlaví dáno vlastnictvím dvou odlišných verzí genu csd.4) Včelí trubec se vyvíjí z neoplozeného vajíčka, a tak vlastní jen jeden výtisk tohoto genu.5) Vděčí tedy za své pohlaví tomu, že ve srovnání se samicí „něco“ postrádá. Zdravý selský rozum napovídá, že tak důležitá věc, jako je určení pohlaví, by měla být společná širšímu okruhu pozemských tvorů. Jenže žádný takový „středobod“ se dlouho nikde nerýsoval.

Nedávný objev týmu Andrewa Sinclaira z Melbournské univerzity přinesl odpověď na otázku, který gen určuje pohlaví ptáků.6) Ten se zároveň rýsuje jako horký kandidát na pilíř regulace pohlaví u živočichů obecně.7)

Ptáci mají pohlaví určeno geneticky. Rozhodující geny bylo proto třeba hledat v části ptačí dědičné informace uložené v pohlavních chromozomech Z a W (viz rámeček). Pokud jde o chromozomy, je určení pohlaví jasné. Dvojice pohlavních chromozomů Z určuje samčí pohlaví a konstelace pohlavních chromozomů ZW zajistí vývoj samice. Při honu na geny určující pohlaví ptáků se vědcům nabízely dva směry pátrání. Je možné, že samičí chromozom W nese nějaký speciální gen určující samičí pohlaví. Nelze vyloučit ani to, že se na samčím chromozomu Z vyskytuje gen, jehož dvojitá dávka zajistí u samců s pohlavními chromozomy ZZ vznik varlat a všeho, co k tomu patří. Mnohé hrálo ve prospěch teorie o samčím genu nacházejícím se na chromozomu Z a chybějícím na chromozomu W. „Hlavním podezřelým“ se stal gen DMRT1.8)

Sinclair usvědčil gen DMRT1 z určování samčího pohlaví ptáků pokusem, při kterém vědci činnost tohoto genu ve vyvíjejícím se samčím kuřecím zárodku výrazně potlačili.9) Navzdory dvěma chromozomům Z, z nichž každý nesl svou kopii genu DMRT1, se kohoutí buňky chovaly, jako kdyby měly pohlavní chromozomy ZW a nesly jen jeden gen DMRT1. Místo varlat se začal zárodkům vyvíjet vaječník a kohoutci se měnili v slepičky.10)

Gen DMRT1 je pozoruhodný tím, že se podílí na určení pohlaví u mnoha různých živočichů, člověka nevyjímaje. Chlapec, kterému chybí gen odpovídající ptačímu genu DMRT1, se mění během vývoje v těle matky na dívku.11) Vejcorodí savci ježury, paježury a ptakopysk postrádají samčí gen SRY, který je typický pro zbývající savce, a mají pohlaví určeno podobně jako ptáci. Snad ani nepřekvapí, že k tomu využívají služeb genu DMRT1.12) Geny podobné genu DMRT1 promlouvají do určení samčího pohlaví u ryb,13) obojživelníků14) i plazů.15) Intenzivní činnost genů podobných ptačímu genu DMRT1 se tak či onak podílí na vývoji samčího pohlaví u všech obratlovců. Zřejmě představuje jejich původní způsob určení pohlaví. Savčí systém založený na účinku jednoho samčího genu SRY je evoluční novinkou, s kterou přišli teprve předci vačnatců a placentálů.

Ani tím aspirace genu DMRT1 na kormidelníka vývoje pohlaví nekončí. Geny podobné ptačímu genu DMRT1 přispívají k vývoji samců i u bezobratlých, např. u mušek octomilek (gen doublesex) nebo u hlístic Caenorhabditis elegans (gen mab-3). Podobný gen určuje pohlaví i u korálnatce větevníka druhu Acropora millepora.16)

Jsou tedy geny z příbuzenstva ptačího genu DMRT1 univerzálním klíčkem odemykajícím vývoj samčích pohlavních žláz? Vědci s konečným verdiktem stále váhají. Zatím nedokážou vyloučit ani možnost, že si živočichové určují pohlaví každý po svém a geny z příbuzenstva ptačího genu DMRT1 při tom využívají jen náhodou, protože se jim z nějakého důvodu hodí.

Poznámky

1) Pohříchu se v dobách dávných i zcela současných upíraly naděje rodičů přednostně k synům, neboť oni dědili řemeslnické dílny, grunty, panství či říše. Touha po následníkovi vytvářela prostor pro víru v nejrůznější „zaručené recepty“, jako byla soulož v botách či popíjení lví krve. Vrcholem byla zřejmě jednostranná kastrace mužů věřících, že syna lze zplodit jen spermiemi z pravého varlete.

2) Viz např. Shine R., Trend Ecol. Evol. 14, 186–189, 1999; Sare S. D. et al., BioEssays 26, 639–645, 2004.

3) Sinclair A. H. et al., Nature 346, 240–244, 1990.

4) Beye M. et al., Cell 114, 419–429, 2003.

5) Pokud zdědí potomek vzniklý z oplozeného vajíčka dvě kopie stejné varianty genu cds, vyvíjí se jako samec. Takoví trubci ale nespatří světlo světa, protože je dělnice odhalí a zabijí, ještě než opustí komůrku v plástu.

6) Smith C. A. et al., Nature 461, 267–271, 2009.

7) Marshall Graves J. A., Nature 461, 177–178, 2009.

8) Gen DMRT1 kóduje transkripční faktor, který je příbuzný transkripčnímu faktoru DOUBLESEX mušky octomilky a transkripčnímu faktoru MAB3 hlístice Caenorhabditis elegans. Označení DMRT1 to reflektuje, protože je zkratkou z anglického „doublesex and mab-3 related transcription factor 1”. Pro všechny tři geny je typická přítomnost domény doublesex/mab3 (čili DM). Ta kóduje část bílkoviny schopnou vazby na DNA. Bílkovinu k tomu předurčuje zvláštní prostorové uspořádání jejího řetězce, v němž ji udržují ionty zinku. Proto se tyto části bílkovinných molekul označují jako „zinkové prsty“. Blíže viz např. Volff J.-N. et al., J. Molec. Evol. 57, S241–S249, 2003.

9) Využili k tomu takzvanou interferenci RNA. Blíže o tomto fenoménu, jehož objev byl r. 2007 oceněn Nobelovou cenou, viz Vesmír 86, 110, 2007/2. Zjednodušeně lze říci, že interference RNA „vymaže“ gen, aniž výrazněji zasahuje do DNA. Zlikviduje molekuly RNA, jež slouží jako prostředník při tvorbě bílkoviny podle instrukcí genu. Po interferenci RNA je gen nezměněn, ale bílkovina přesto nevzniká, protože ji není podle čeho vyrobit.

10) Dalo by se očekávat, že vědci provedou i opačně uspořádaný pokus, v kterém by byla zárodku slepiček zvýšena činnost genu DMRT1. To by mělo slepičce zajistit vývoj varlat a proměnit ji na kohoutka. Takové pokusy ale nebylo možné provést, protože kuřecí zárodky, kterým „jel“ v celém těle gen DMRT1 „zakázanou rychlostí“, hynuly již po čtyřech dnech vývoje. Sinclair se proto snaží dosáhnout toho, aby gen DMRT1 „přidal plyn“ jen v pohlavních žlázách. Výsledky pokusů zatím nebyly zveřejněny.

11)Ferguson-Smith M., Sex. Dev. 1, 2–11, 2007.

12) Veyrunes F. et al., Genome Res. 18, 965–973, 2008.

13) Konkrétně byl vliv genu DMY, který je „rybím vydáním“ ptačího genu DMRT1, prokázán u medaky japonské (Oryzias latipes). Blíže viz Matsuda M. et al., Nature 417, 559–563, 2002.

14) U žáby drápatky (Xenopus) musí být pro vývoj samičího pohlaví utlumen gen DMRT1. Viz Yoshimoto S. et al., PNAS 105, 2469–2474, 2008.

15) Gekon druhu Gekko hokouensis má určeno pohlaví podobně jako ptáci. Samci mají dva stejné pohlavní chromozomy Z a samice mají dva odlišné pohlavní chromozomy Z a W. Na samčím chromozomu se nacházejí stejné geny jako na ptačím chromozomu Z, včetně genu DMRT1. Viz Kawai A. et al., Chromosoma 118, 43–51, 118.

16) Miller S. W. et al. Evol. Develop. 5, 251–258, 2003.

Pohlavní chromozomy ptáků

Chromozomy si můžeme představit jako „porce“ dědičné informace. Například DNA kura domácího je tvořena asi miliardou „písmen“, obsahuje asi 22 000 genů a je naporcována na 78 chromozomů (některé chromozomy jsou velmi malé a obsahují jen 5 milionů „písmen“; označujeme je jako mikrochromozomy). Chromozomy jsou v buňkách ve dvou sadách. Jednu dostane kuře od kohouta a druhou mu předá slepice. Každá sada chromozomů kura má 39 chromozomů. Osmatřicet z nich má v druhé chromozomální sadě stejného „partnera“. Pár chromozomů, který určuje pohlaví, může být „různorodý“. U kura, stejně jako u dalších ptáků, najdeme dva různé pohlavní chromozomy – Z a W. Pokud předal každý z rodičů potomkovi pohlavní chromozom Z, obsahují všechny buňky vyvíjejícího se ptačího zárodku dvojici samčích chromozomů Z a to jej předurčuje k vývoji v samce. Pokud pták zdědí jeden pohlavní chromozom W a jeden chromozom Z, bude z něj samička. Pohlavní buňky – vajíčka a spermie – obsahují jen jeden výtisk dědičné informace na jedné sadě chromozomů, a proto v nich najdeme jen jeden pohlavní chromozom. Ptačí samci chrlí spermie vybavené výhradně chromozomem Z. Samice kladou dva typy vajíček. Jedna obsahují pohlavní chromozom W a po jejich oplození spermií nesoucí chromozom Z vzniká potomek samičího pohlaví. Druhý typ vajíček nese pohlavní chromozom Z a oplozením spermií se vytvoří u zárodku samčí konstelace pohlavních chromozomů ZZ. Pohlaví potomka je tedy určeno pohlavním chromozomem, který uloží matka do vajíčka.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Ornitologie

O autorovi

Jaroslav Petr

Prof. Ing. Jaroslav Petr, DrSc., (*1958) vystudoval Vysokou školu zemědělskou v Praze. Ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Uhříněvsi se zabývá regulací zrání savčích oocytů a přednáší na České zemědělské univerzitě v Praze. Je členem redakční rady Vesmíru.
Petr Jaroslav

Doporučujeme

Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...
Hranice svobody

Hranice svobody uzamčeno

Stefan Segi  |  4. 12. 2017
Podle listiny základních práv a svobod, která je integrovaná i v Ústavě ČR, jsou „svoboda projevu a právo na informace zaručeny“ a „cenzura je...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné