DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67993-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507155
تاريخ النشر: 2026-01-08
المؤلف: Takahiro Fukui وآخرون
الموضوع الرئيسي: التعايش بين الحشرات وتأثيرات البكتيريا
نظرة عامة
تسلط الأبحاث الضوء على دور عدوى Wolbachia في تحديد نسب الجنس في نوع العثة Ostrinia furnacalis، حيث تحدث وفاة محددة للذكور بسبب العدوى. عند إزالة Wolbachia، بدلاً من استعادة نسبة جنس متوازنة، يتم ملاحظة وفاة محددة للإناث، مما يشير إلى أن Wolbachia السيتوبلازمية تؤثر بشكل أساسي على الأنثوية بدلاً من جينوم المضيف. هذه الظاهرة تمثل تحديد الجنس السيتوبلازمي، والذي من المحتمل أن يكون نتيجة لتطور مشترك واسع النطاق بين المضيف والميكروب.
تحدد الدراسة عامل أنثوي أساسي مرتبط بالكروموسوم W، يُشار إليه باسم OfFem piRNA، والذي يستهدف mRNA لبروتين يتفاعل مع OfMasc، Ofznf-2، الضروري للتذكير وتعويض الجرعة. ومن الجدير بالذكر أن OfFem piRNA غائبة في السلالة المصابة بـ Wolbachia، مما يشير إلى أن Wolbachia القاتلة للذكور تتلاعب بوظيفة piRNA المؤنثة للمضيف من خلال اكتساب بروتين Oscar خلال التعايش الداخلي المطول. توفر هذه الأبحاث دليلاً جزيئيًا على تعطيل عامل التأنيث الداخلي للمضيف في سياق تحديد الجنس السيتوبلازمي المعتمد على الميكروب، مما يساهم في فهمنا للتلاعب التناسلي بواسطة الميكروبات الداخلية.
الطرق
تحدد قسم “الطرق” تصميم التجربة والتقنيات التحليلية المستخدمة في الدراسة. استخدم الباحثون نهجًا كميًا، حيث نفذوا تجارب محكومة لجمع البيانات حول المتغيرات المحددة. تم تطبيق التحليلات الإحصائية، بما في ذلك نماذج الانحدار وANOVA، لتقييم العلاقات والاختلافات بين المجموعات.
شملت جمع البيانات إجراءات موحدة لضمان الموثوقية والصلاحية، مع طرق أخذ عينات مناسبة لتمثيل السكان المستهدفين. كما تضمنت الدراسة أدوات قياس متنوعة، تم التحقق من صحتها قبل الاستخدام، لضمان الدقة في التقاط النتائج ذات الصلة. بشكل عام، تم تصميم الإطار المنهجي لاختبار الفرضيات بدقة وتقديم نتائج قوية.
النتائج
في هذه الدراسة، حدد الباحثون عاملًا مؤنثًا في دودة الذرة الآسيوية، *Ostrinia furnacalis*، والذي يرتبط بوجود بكتيريا Wolbachia. من خلال تسلسل ترانسكريبتوم الأجنة المبكرة، اكتشفوا 14 كونتيغ مع تعبير أعلى بشكل ملحوظ في الإناث مقارنة بالذكور. ومن الجدير بالذكر أن كونتيغين تم رسمهما على موضع على الكروموسوم W، تم تعيينه كـ *O. furnacalis Feminizer* (OfFem)، والذي تم التعبير عنه حصريًا في الإناث خلال فترة تحديد الجنس. احتوى موضع OfFem على العديد من عناصر التكرار النموذجية لمجموعات piRNA، وكشف تسلسل RNA الصغيرة عن piRNA محددة للإناث، تُسمى OfFem piRNA، التي تم إنتاجها بكثرة من هذا الموضع.
حددت الدراسة أيضًا *Ofznf-2*، وهو نظير محتمل لجين إصبع الزنك، كهدف رئيسي لـ OfFem piRNA. أظهر جين Ofznf-2 نوعين من التعبير: مبكر (Ofznf-2-E) ومتأخر (Ofznf-2-L)، مع أنماط تعبير مميزة خلال تكوين الأجنة. تم إظهار أن OfFem piRNA تقطع mRNA لـ Ofznf-2، الذي كان أكثر وفرة في الذكور مقارنة بالإناث، مما يشير إلى أن OfFem piRNA تلعب دورًا حاسمًا في قمع الوظائف المحددة للذكور وتعزيز التطور الأنثوي في *O. furnacalis*. تسلط هذه الأبحاث الضوء على الآليات الجزيئية المعقدة التي تكمن وراء تحديد الجنس في هذا النوع، وخاصة دور piRNAs وبروتينات إصبع الزنك.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في دور بروتين إصبع الزنك Ofznf-2 في تحديد الذكور في *Ostrinia furnacalis* من خلال تجارب تقليل الجينات الجنينية باستخدام RNA صغير متداخل (siRNA). أظهرت النتائج أن تقليل Ofznf-2 أعاق التقطيع من نوع الذكور لجين *Ofdsx* وأدى إلى نسبة جنس مائلة نحو الإناث بين العث البالغ، مما يشير إلى دوره الحاسم في صلاحية الذكور وتعويض الجرعة. بالإضافة إلى ذلك، وُجد أن Ofznf-2 يتفاعل مع العامل المؤنث OfMasc، وبشكل محدد مع المتغير Ofznf-2-E، الذي يعد ضروريًا لعمليات التقطيع المحددة للذكور وتعويض الجرعة. بالمقابل، فإن قطع mRNA لـ Ofznf-2 بواسطة OfFem piRNA في الإناث يعيق هذه العمليات.
كما كشفت الدراسة أن الميكروب الداخلي Wolbachia قد استولى على آلية التأنيث للمضيف من خلال تعطيل OfMasc عبر بروتين القاتل للذكور Oscar، مما أدى إلى غياب موضع OfFem في الإناث المصابة بـ Wolbachia. يفسر هذا الغياب ظاهرة عكس الجنس الملاحظة في السكان المصابين. تشير النتائج إلى اتجاه تطوري أوسع حيث يمكن لـ Wolbachia وميكروبات داخلية مشابهة أن تستولي تمامًا على أنظمة تحديد الجنس للمضيف، كما هو الحال في أنواع أخرى. تبرز الأبحاث تعقيد آليات تحديد الجنس في الحشرات الحرشفية والاحتمالات لمزيد من الدراسات لاستكشاف الآثار التطورية لهذه التفاعلات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67993-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41507155
Publication Date: 2026-01-08
Author(s): Takahiro Fukui et al.
Primary Topic: Insect symbiosis and bacterial influences
Overview
The research highlights the role of Wolbachia infection in determining sex ratios in the moth species Ostrinia furnacalis, where male-specific death occurs due to the infection. Upon removal of Wolbachia, instead of restoring a balanced sex ratio, female-specific death is observed, indicating that the cytoplasmic Wolbachia primarily influences femaleness rather than the host genome. This phenomenon exemplifies cytoplasmic sex determination, likely resulting from extensive co-evolution between the host and the symbiont.
The study identifies a W-linked primary feminizer, denoted as OfFem piRNA, which targets the mRNA of an OfMasc-interacting protein, Ofznf-2, essential for masculinization and dosage compensation. Notably, OfFem piRNA is absent in the Wolbachia-infected lineage, suggesting that the male-killing Wolbachia manipulates the host’s feminizing piRNA function by acquiring the Oscar protein during prolonged endosymbiosis. This research provides molecular evidence for the inactivation of the host’s endogenous feminizing factor in the context of symbiont-dependent cytoplasmic sex determination, contributing to our understanding of reproductive manipulation by bacterial endosymbionts.
Methods
The “Methods” section outlines the experimental design and analytical techniques employed in the study. The researchers utilized a quantitative approach, implementing controlled experiments to gather data on the specified variables. Statistical analyses, including regression models and ANOVA, were applied to assess the relationships and differences among groups.
Data collection involved standardized procedures to ensure reliability and validity, with appropriate sampling methods to represent the target population. The study also incorporated various measurement tools, which were validated prior to use, to ensure accuracy in capturing the relevant outcomes. Overall, the methodological framework was designed to rigorously test the hypotheses and provide robust findings.
Results
In this study, the researchers identified a feminizing factor in the Asian corn borer, *Ostrinia furnacalis*, which is linked to the presence of Wolbachia bacteria. Through transcriptome sequencing of early embryos, they discovered 14 contigs with significantly higher expression in females than in males. Notably, two contigs were mapped to a locus on the W chromosome, designated as *O. furnacalis Feminizer* (OfFem), which was exclusively expressed in females during the sex determination period. The OfFem locus contained numerous repeat elements typical of piRNA clusters, and small RNA sequencing revealed a female-specific piRNA, termed OfFem piRNA, produced abundantly from this locus.
The study further identified *Ofznf-2*, a putative homolog of a zinc finger gene, as the primary target of OfFem piRNA. The Ofznf-2 gene exhibited two expression types: early (Ofznf-2-E) and late (Ofznf-2-L), with distinct expression patterns during embryogenesis. The OfFem piRNA was shown to cleave Ofznf-2 mRNA, which was more abundant in males than in females, suggesting that OfFem piRNA plays a crucial role in suppressing male-determining functions and promoting female development in *O. furnacalis*. This research highlights the intricate molecular mechanisms underlying sex determination in this species, particularly the role of piRNAs and zinc finger proteins.
Discussion
In this study, the role of the zinc finger protein Ofznf-2 in male determination in *Ostrinia furnacalis* was investigated through embryonic knockdown experiments using small interfering RNA (siRNA). The results demonstrated that knockdown of Ofznf-2 inhibited male-type splicing of the *Ofdsx* gene and led to a female-biased sex ratio among adult moths, indicating its critical role in male viability and dosage compensation. Additionally, Ofznf-2 was found to interact with the masculinizing factor OfMasc, specifically the Ofznf-2-E variant, which is essential for male-specific splicing and dosage compensation processes. In contrast, the OfFem piRNA-mediated cleavage of Ofznf-2 mRNA in females inhibits these processes.
The study also revealed that the Wolbachia endosymbiont has hijacked the host’s feminizing mechanism by inactivating OfMasc through the male-killing protein Oscar, resulting in the absence of the OfFem locus in Wolbachia-infected females. This absence explains the sex-reversal phenomenon observed in infected populations. The findings suggest a broader evolutionary trend where Wolbachia and similar endosymbionts can completely take over the host’s sex determination systems, as seen in other species. The research highlights the complexity of sex determination mechanisms in lepidopterans and the potential for further studies to explore the evolutionary implications of these interactions.