Tek bir yeni genin tekrar eden transpozisyonuyla yönlendirilen Branchiostoma belcheri’de cinsiyet belirlenmesinin evrimsel dinamikleri

Erkek ya da dişi olma kurallarını küçük bir deniz canlısı nasıl karıştırıyor

Çoğu okul kitabında cinsiyet, X ve Y kromozomlarının basit bir meselesi olarak sunulur; oysa doğadaki türlerin büyük bölümünde kurallar çok daha esnektir. Bu çalışma, omurgalılara yakın küçük, balık benzeri bir hayvan olan amfiyoksu inceliyor ve kimlerin erkek ya da dişi olacağına dair beklenmedik derecede dinamik bir sistemi açığa çıkarıyor. Yazarlar, tek bir genin genom içindeki hareketlerini izleyerek, cinsiyeti belirleyen anahtarların nasıl doğduğunu, yer değiştirdiğini ve kısmen işlevini kaybedebildiğini—hepsinin tek bir tür içinde gerçekleşebildiğini gösteriyor.

Basit bir hayvan ve karmaşık bir cinsiyet anahtarı

Amfiyokslar ya da mızrakçıklar, sığ kum içinde gömülü yaşar ve omurgasızlarla omurgalılar arasındaki evrimsel ağaçta kilit bir konum işgal eder. Önceki çalışmalar, Branchiostoma belcheri de dahil olmak üzere birkaç amfiyoks türünün dişilerde Z ve W kromozomlarının bulunduğu bir ZW sistemine sahip olduğunu, ancak bu kromozomların mikroskop altında neredeyse aynı göründüğünü göstermişti. Bu durum, cinsiyeti belirleyen kesin DNA bölgelerinin saptanmasını zorlaştırır. Araştırmacılar, birden çok B. belcheri bireyinden elde edilen yeni, yüksek kaliteli genom montajlarını kullanarak cinsiyeti belirleyen bölgelerin nerede olduğunu ve erkeklerle dişiler arasında nasıl farklılaştığını yeniden incelediler.

Bir anahtar gen, kopyalandı ve taşındı

Ekibin odaklandığı gen tesD adlı bir gen olup, üç amfiyoks türünde yalnızca testislerde aktiftir. İlgili tür B. floridae’de CRISPR gen düzenleme ile tesD işlevsiz hale getirildiğinde, fonksiyonel tesD olmayan genetik erkekler artık testis oluşturamadı ve bunun yerine yumurtalık geliştirdiler; genel sağlık durumları ise etkilenmedi. Bu, tesD’nin sperm üretimine yol açan yolda bir master anahtar olarak erkek gelişimi için temel ve özgül olduğunu gösterir. İlginç bir şekilde, benzer genler omurgalılarda eksik olduğundan, bunun daha sonra bizim soyumuzda yerini alan farklı bir çözüm olduğu düşünülüyor.

Atlayan DNA’dan doğan iki dişi-özel bölge

B. belcheri’de yazarlar, kromozom 13 üzerinde yalnızca bir değil iki ayrı dişi-özgü bölge keşfettiler. Her iki bölge de tesD’nin ekstra kopyalarını içeriyor; bunlar tesDwa ve tesDwb olarak adlandırıldı. Bu kopyalar orijinal genin yanına basit bir çoğalma ile oluşmamıştı; bunun yerine genom içinde kendilerini kesip yapıştırabilen transpozon adı verilen hareketli DNA parçaları tarafından taşınmışlardı. Bir cinsiyet belirleyici bölge twai adlı bir genin içine, diğeri ise vps9c adlı bir genin kuyruk ucuna yerleşmişti. Genetik taramalar ve hedefe yönelik PCR testleri, dişilerin yaklaşık yarısının daha eski tesDwa bölgesini, diğer yarısının ise daha yeni tesDwb bölgesini taşıdığını; erkeklerin ise genellikle her ikisinden de yoksun olduğunu gösterdi.

Kopyalanan genler dişilerin oluşmasına nasıl yardımcı oluyor

Erkekliği teşvik eden bir genin dişi W kromozomunda ekstra kopyalarının bulunması paradoksal görünüyor. Çözüm, bu kopyaların nasıl kullanıldığıyla ilgili. Yumurta üretiminde, W’e bağlı tesDwa ve tesDwb, otozomal orijinal tesD’den ters yönde okunuyor; bu da protein yerine uzun kodlamayan RNA’ların üretilmesine yol açıyor. Bu uzun RNA’lar normal tesD ile örtüşüyor ve konak genleriyle birlikte transkribe ediliyor; bu da yerel promotörleri ele geçirdiklerini düşündürüyor. Bu antisentüz RNA’ların varlığı, kromatin erişilebilirliği analizleriyle gösterildiği üzere, dişilerde orijinal tesD geninin DNA düzeyinde kapanmasıyla ilişkilendiriliyor. Etkide, W’e bağlı kopyalar susturucu görevi görerek erkek anahtarını kapatıyor ve gelişimi yumurtalıklara yönlendiriyor.

Cinsiyet anahtarı atlayıp sustuğunda

Daha genç bölge olan tesDwb hâlâ hareket halinde. Etrafındaki transpozonlar, yakın zamanda aktif olduğuna işaret eden eksiksiz tekrar yapıları taşıyor ve yazarlar bu kasetin W kromozomundan sıradan (otozomal) kromozomlara—bir telomer dahil olmak üzere ve başka bir genin intronuna—atlamış örnek bireyler buldular. Ancak bu yeni konumlarda tesDwb transkribe edilmiyor, tesD üzerindeki susturma etkisi kayboluyor ve artık cinsiyetle ilişki göstermiyor. Hem erkeklerin hem dişilerin yaklaşık %5–10’u böyle “susturulmuş” kopyalar taşıyor; bu durum, hareketli cinsiyet belirleyici modüllerin yayılıp etkisizleşebildiğini ve evrimsel zaman içinde muhtemelen yer değiştirebileceğini gösteriyor.

Bu, cinsiyetin evrimi için ne anlama geliyor

Uzman olmayanlar için ana mesaj şudur: cinsiyet belirlenmesi bir kez ve hep için sabit değildir, hatta tek bir tür içinde bile. B. belcheri’de erkek yapan tek bir gen olan tesD, kopyalandı, atlayan DNA tarafından taşındı ve kendi aktivitesini engelleyerek dişi oluşumuna yardımcı olacak şekilde yeniden amaçlandı. Eski ve yeni cinsiyet belirleyici bölgeler şimdi birlikte var oluyor ve daha yenisi hâlâ genom içinde hareket ediyor. Bu tür devam eden yeniden karıştırmalar, pek çok hayvanın insan Y kromozomunda görülen ağır bozulmamış, sıradan görünen cinsiyet kromozomlarını korumasına yardımcı olabilir ve yeni cinsiyet belirleyici sistemlerin nasıl doğduğuna ve evrimsel zaman içinde nasıl rekabet ettiğine dair canlı bir anlık görüntü sunar.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: cinsiyet belirlenmesi, amfiyoks, transpozan öğeler, lncRNA, evrimsel genetik