Geslachtsbepaling kan op verschillende manieren plaatsvinden

Eind vorige week is het het boek “The Evolution of Sex Determination” bij Oxford University Press verschenen, geschreven door prof.dr. Leo Beukeboom (hoogleraar Evolutionaire genetica bij de RUG) en dr. Nicolas Perrin. Het boek geeft een overzicht van de huidige kennis van en inzichten in de geslachtsbepaling bij de voortplanting van plant en dier en bevat vele verduidelijkende illustraties inclusief een tweetal posters waarin de geslachtsbepaling in de “tree of life” schematisch is weergegeven.

In de natuur komt seksuele voortplanting door middel van twee individuen van een verschillend geslacht het meest voor. Gedurende de miljoenen jaren van evolutie is dit soort voortplanting ogenschijnlijk onveranderd gebleven. Versmelting van een vrouwelijke en een mannelijke geslachtscel waaruit zich dan weer een nieuw individu ontwikkelt, komt zowel voor bij primitieve organismen, zoals eencellige gisten, maar ook bij algen, planten en dieren. Ook al zijn er altijd maar twee geslachten, toch vindt er wel degelijk evolutie plaats wat blijkt uit het feit dat de manieren waarop het geslacht wordt bepaald ongelooflijk divers zijn.

Grote verscheidenheid

Waarom zijn er zoveel manieren om uiteindelijk tot hetzelfde eindproduct te komen: twee geslachten; vrouwen en mannen? En hoe zijn die manieren in de loop van de evolutie ontstaan? De grote verscheidenheid aan geslachtsbepalingsmechanismen intrigeert evolutiebiologen al decennia lang, maar pas sinds kort is er voldoende kennis over verschillende organismen beschikbaar om algemene patronen te ontdekken. Ook kunnen we nu modellen toetsen die proberen te verklaren waarom de genetische regulering van geslachtsbepaling zo veelzijdig is en soms snelle evolutionaire veranderingen ondergaat. Dit alles wordt besproken in het boek “The Evolution of Sex Determination” dat onlangs is verschenen van de hand van de evolutionaire biologen Prof. Leo W. Beukeboom (Rijksuniversiteit Groningen) en Prof. Nicolas Perrin (Universiteit van Lausanne) .

Neem bijvoorbeeld de insecten. Er zijn insecten waarbij de mannetjes, net als bij de mens, een X en een Y chromosoom hebben zodat de helft van de zaadcellen een Y chromosoom en de helft een X chromosoom bevat. In dat geval hebben vrouwtjes twee X chromosomen, ook net als bij de mens. Er zijn echter ook insecten, zoals vlinders, waarbij juist het vrouwtje twee verschillende geslachtschromosomen heeft, die worden aangeduid met W en Z om verwarring met X en Y te voorkomen. De mannetjes hebben dan twee Z chromosomen. Een derde veel voorkomende variant is die, waarbij de mannetjes uit onbevruchte eitjes ontstaan en de vrouwtjes uit bevruchte eitjes. Hierdoor zijn de mannetjes haploïd, dat wil zeggen ze hebben van alle chromosomen één kopie, terwijl de vrouwtjes diploïd zijn (twee kopieën van ieder chromosoom). Er zijn dus geen aparte geslachtschromosomen. Dit heet haplodiploïdie,en komt voor bij bijen, mieren en wespen.

Geslachtschromosomen

De geslachtschromosomen zijn de chromosomen die de belangrijkste genen dragen voor de geslachtsbepaling. Geslachtschromosomen evolueren vanuit “gewone” chromosomen. Er kunnen verschillende fasen worden onderscheiden in hun evolutie. Jonge geslachtschromosomen die pas recentelijk een functie in de geslachtbepaling hebben gekregen, lijken nog sterk op de gewone chromosomen. In de loop van de tijd vinden er veranderingen plaats. Bijvoorbeeld op het Y chromosoom hopen zich steeds meer mutaties op en het verliest steeds meer functionele genen, behalve natuurlijk de geslachtsbepalende genen. Dit komt omdat het Y chromosoom geen partner chromosoom meer heeft om genen mee uit te wisselen, mannen zijn immers XY.

Ook de genen die betrokken zijn bij de geslachtsbepaling verschillen sterk tussen organismen. Meestal zijn er meerdere genen voor nodig die elkaar aan- en uitschakelen. Vergelijking van diergroepen leert dat er vaak nieuwe genen voor geslachtsbepaling zijn ontstaan tijdens de evolutie. Soms zijn dit bestaande genen met een andere functie die worden ingeschakeld bij de geslachtsbepaling. Soms moet zo’n gen eerst gekopieerd en daarna wat veranderd worden voordat het de nieuwe taak goed kan uitvoeren. Zo is het SRY gen op het Y chromosoom van de mens, dat nodig is voor mannelijke ontwikkeling, ontstaan uit het SOX gen wat bij de hersenaanleg is betrokken.

Evolutie

Tot voor kort was niet duidelijk waarom chromosomen en genen voor geslachtsbepaling zo vaak veranderen tijdens de evolutie. Theoretische modellen laten zien dat het feit dat genen zowel in mannen als in vrouwen moeten functioneren tot conflictsituaties kan leiden. Zo kunnen er genen evolueren die gunstig zijn voor het ene geslacht maar ongunstig voor het andere geslacht. Een voorbeeld zijn kleurengenen in vissen: sterk gekleurde mannetjes worden vaker door vrouwtjes gekozen, terwijl onopvallende vrouwtjes een lagere kans hebben om opgegeten te worden. Het is dan voordelig als de kleurengenen alleen bij mannetjes tot expressie komen. Dit kan gebeuren wanneer deze genen zich op het geslachtschromosoom bevinden dat alleen in mannetjes voorkomt, zoals op het Y chromosoom. Modellen voorspellen dat dergelijke conflicten tussen de beide geslachten over de expressie van bepaalde genen kunnen leiden tot veranderingen in geslachtsbepaling.

Informatie: Leo Beukeboom