Dinamiche evolutive della determinazione del sesso in Branchiostoma belcheri guidate dalla trasposizione ripetuta di un singolo gene nuovo

Come una piccola creatura marina rimescola le regole dell'essere maschio o femmina

Nei manuali scolastici il sesso è spesso presentato come una questione semplice di cromosomi X e Y, ma in gran parte del mondo vivente le regole sono molto più fluide. Questo studio esamina un piccolo animale simile a un pesce chiamato anfiosso, un parente prossimo dei vertebrati, e scopre un sistema inaspettatamente dinamico per decidere chi diventa maschio o femmina. Seguendo gli spostamenti di un singolo gene nel genoma, gli autori mostrano come interruttori per la determinazione del sesso possano nascere, spostarsi e perdere parzialmente la funzione, il tutto all'interno di una sola specie.

Un animale semplice con un interruttore sessuale complesso

Gli anfiossi, o lanceolati, vivono sepolti nella sabbia bassa e occupano una posizione chiave nell'albero evolutivo tra invertebrati e vertebrati. Studi precedenti avevano mostrato che diverse specie di anfiosso, incluso Branchiostoma belcheri, possiedono un sistema ZW, in cui le femmine portano i cromosomi sessuali Z e W, ma questi cromosomi appaiono quasi identici al microscopio. Questo rende difficile individuare le regioni di DNA esatte che determinano il sesso. Utilizzando nuove assemblaggi genomici di alta qualità provenienti da più individui di B. belcheri, i ricercatori hanno riesaminato dove si trovano le regioni determinanti il sesso e come differiscono tra maschi e femmine.

Un gene chiave, copiato e spostato

Il gruppo si è concentrato su un gene chiamato tesD, attivo solo nei testicoli in tre specie di anfiosso. Usando l'editing genetico CRISPR nella specie correlata B. floridae, hanno inattivato tesD. I maschi genetici privi di tesD funzionale non hanno più formato testicoli e hanno sviluppato ovarî, pur restando per il resto sani. Questo dimostra che tesD è essenziale e specifico per lo sviluppo maschile, agendo come un interruttore maestro nel percorso che porta agli organi produttori di spermatozoi. È interessante che geni simili manchino nei vertebrati, il che suggerisce che si tratti di una soluzione dei cordati antica poi sostituita nella nostra linea evolutiva.

Due regioni femminili nate da DNA saltellante

In B. belcheri gli autori hanno scoperto non una ma due regioni distinte specifiche delle femmine sul cromosoma 13. Entrambe le regioni contengono copie extra di tesD, chiamate tesDwa e tesDwb. Queste copie non sono nate tramite una semplice duplicazione accanto al gene originale; sono state invece trasportate da frammenti mobili di DNA chiamati trasposoni, che possono tagliare e incollare sé stessi nel genoma. Una regione determinante il sesso si è inserita all'interno di un gene chiamato twai, e l'altra si è inserita nella parte terminale di un gene chiamato vps9c. Indagini genetiche e test PCR mirati hanno mostrato che circa la metà delle femmine porta la regione più vecchia con tesDwa, e l'altra metà porta la regione più recente con tesDwb, mentre i maschi in genere sono privi di entrambe.

Come le copie aiutate creano femmine

Avere copie extra di un gene che promuove il maschio sul cromosoma W femminile sembra paradossale. La soluzione risiede nel modo in cui queste copie vengono usate. Negli ovarî, le copie legate alla W tesDwa e tesDwb vengono lette nella direzione opposta rispetto al tesD autosomico originale, producendo lunghe RNA non codificanti invece di proteine. Questi lunghi RNA si sovrappongono al messaggio normale di tesD e sono trascritti insieme ai loro geni ospite, suggerendo che sfruttino i promotori locali. La presenza di questi RNA antisenso si correla con lo spegnimento del gene tesD originale a livello del DNA nelle femmine, come mostrano saggi sull'accessibilità della cromatina. Di fatto, le copie legate alla W agiscono come silenziatori, spegnendo l'interruttore maschile e indirizzando lo sviluppo verso gli ovarî.

Quando l'interruttore sessuale salta e si tace

La regione più giovane contenente tesDwb è ancora mobile. I trasposoni circostanti portano strutture di ripetizione intatte che indicano attività recente, e gli autori hanno trovato individui in cui questa cassetta è saltata dal cromosoma W a cromosomi ordinari (autosomi), inclusi un telomero e un introne di un altro gene. In queste nuove posizioni, tuttavia, tesDwb non viene trascritto, il suo effetto di silenziamento su tesD viene perso e non è più associato al sesso. Circa il 5–10% di maschi e femmine porta tali copie “silenti”, illustrando come moduli determinanti il sesso mobili possano diffondersi, inattivarsi e forse essere rimpiazzati nel corso dell'evoluzione.

Cosa significa per l'evoluzione del sesso

Per un non specialista, il messaggio principale è che la determinazione del sesso non è fissata una volta per tutte, neppure all'interno di una singola specie. In B. belcheri, un singolo gene che genera i maschi, tesD, è stato copiato, spostato da DNA saltellante e riutilizzato per aiutare a creare femmine bloccando la propria attività. Regioni determinanti il sesso vecchie e nuove coesistono ora, e quella più recente si sta ancora muovendo nel genoma. Questo tipo di rimescolamento continuo può aiutare a spiegare perché molti animali mantengono cromosomi sessuali che appaiono ordinari, senza la forte degenerazione osservata nel cromosoma Y umano, e offre un'istantanea vivente di come nascono e competono nel tempo nuovi sistemi di determinazione del sesso.

Citazione: Li, H., Liu, F., Li, J. et al. Evolutionary dynamics of sex determination in Branchiostoma belcheri driven by repeated transposition of a single novel gene. Nat Commun 17, 1616 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68322-6

Parole chiave: determinazione del sesso, anfiosso, <keyword>lncRNA, genetica evolutiva