Studio del ginandromorfismo negli Imenotteri Diprionidi

Il ginandromorfismo è il fenomeno per il quale un organismo manifesta contemporaneamente caratteristiche fenotipiche maschili e femminili. Per quanto riguarda la Classe degli Insetti, numerose segnalazioni di tale manifestazione sono reperibili in letteratura, ma un’ interpretazione generale sulle origini e sulle cause che la generano non è ancora stata fornita. Lo scopo di questa tesi è stato quello di studiare il fenomeno per quanto riguarda l’Imenottero Diprionide Diprion pini (Linnaeus, 1758) attraverso l’allevamento controllato dell’insetto, esperimenti di inincrocio, studio del cariotipo e la valutazione della comparsa e la distribuzione dei tessuti maschili e femminili negli individui ginandromorfi. Altri parametri biologici (quali i pesi degli individui) sono stati presi in considerazione nel tentativo di fornire una spiegazione riguardo i meccanismi genetici che regolano la determinazione del sesso in questa specie. Gynandromorphism is the phenomenon by which an organism manifests phenotypic characteristics both male and female. For the class of insects, numerous reports of this event can be found in the literature, but a general interpretation of the origins and causes that generate it has not yet been provided. The purpose of this thesis was to study the phenomenon with regard to the Diprionid wasp Diprion pini (Linnaeus, 1758) through the controlled rearing of the insect, inbreeding experiments, study of the karyotype and evaluation of the appearance and distribution of male and female tissue in gynandromorph specimens. Other biological parameters (such as the weights of individuals) were taken into account in an attempt to provide an explanation of the genetic mechanisms that regulate sex determination in this species.

Charakterisierung und Analyse der geschlechtsbestimmenden Region von Chironomus riparius

Die durch eine männchenspezifisch auftretende heterochromatische Bande und ein hemizygotes Cla-Element-Cluster gekennzeichnete geschlechtsbestimmende Region („sex determining region“: SDR) auf Chromosom III von C. riparius stellt ein frühes Stadium in der Evolution von Geschlechtschromosomen dar. Diese eindeutig lokalisierte chromosomale Region, die den molekular noch unbekannten männchen¬bestimmenden Faktor M enthalten muss, ist im Vergleich zu den Y-Chromosomen anderer Dipterenarten wie unter anderem M. domestica, die ebenfalls einen dominanten Männchenbestimmer besitzen, relativ klein. Aus diesem Grund bietet die SDR von C. riparius eine Möglichkeit, den männchenbestimmenden Faktor einzugrenzen und zu identifizieren. In der vorliegenden Arbeit konnte ein Bereich einer Größe von ca. 200 kb aus der SDR von C. riparius charakterisiert und analysiert werden. Durch bioinformatische Sequenzanalysen konnten an 20 Stellen der SDR mögliche Genstrukturen nachgewiesen werden. Von den gefundenen möglichen Genen ist bisher die Funktion in C. riparius unbekannt. Bei den Genen mit vermuteter Funktion deutet nichts eindeutig auf eine Beteiligung an der Geschlechtsbestimmung von C. riparius hin. Da allerdings davon auszugehen ist, dass für die Funktion des Männchenbestimmers M ein Gen rekrutiert wurde, welches zur Interaktion mit dem nachgeschalteten Gen der Geschlechts¬bestimmungskaskade fähig ist, muss die geschlechtsbestimmende Funktion des Gens M nicht unbedingt offensichtlich sein. Aus geschlechtsbestimmenden Genkaskaden anderer Dipteren bekannte Gene wie transformer und doublesex konnten im analysierten Bereich nicht nachgewiesen werden, obwohl zumindest zu doublesex homologe Gene im Genom von C. riparius vorkommen. Um möglicherweise proto-X- und proto-Y-Chromosom miteinander vergleichen zu können und einen Hinweis auf die chromosomale Herkunft der analysierten Sequenzen aus der SDR zu erlangen, wurden Sequenzen von 31 teilweise parallel liegenden BAC-Klonen aus der untersuchten Region verglichen. Dabei zeigte sich, dass die Klone zwei Gruppen bilden, deren Sequenzen sich durch 500 SNPs und 110 Indels unterschiedlicher Größe (1-800 Bp) unterscheiden, was für eine Herkunft von zwei sich erst seit kurzer Zeit unterscheidenden Geschlechtschromosomen spricht. Die zwölf größten dieser Indels wurden auf geschlechtsspezifische Unterschiede hin untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Unterschiede zwischen den beiden Klongruppen zwar im 30 Jahre alten Laborstamm, der auch für die Konstruktion der durchsuchten BAC-Bibliotheken verwendet wurde, tatsächlich geschlechtsspezifisch sind, in zwei Wildfangpopulationen jedoch keine derartige Geschlechtsspezifität aufweisen. Somit kann keine Aussage zur Herkunft der untersuchten Klone aus der SDR von C. riparius getroffen werden, und es bleibt unklar, ob die analysierten Sequenzen vom proto-X oder vom proto-Y-Chromosom stammen.

Vergleichende Analyse der Gene und der Genomstruktur der geschlechtsbestimmenden Chromosomenregion von Chironomus und Camptochironomus

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein Bereich aus der geschlechtsbestimmenden Chromosomenregion, der „Contig SDR“, von C. tentans mit einer Größe von ~87 kb untersucht. Zur Erstellung des Contigs wurden 8 BAC-Klone aus C. tentans isoliert, teilweise subkloniert und sequenziert. Innerhalb des Contigs SDR konnten insgesamt 13 Gene sowie ein Teilbereich des Gens rpS5-like im distalen Bereich des Contigs SDR identifiziert werden. Hierbei handelt es sich um dieselben Gene, welche schon im Contig SDR von C. thummi identifiziert werden konnten. Ein Vergleich der beiden Contigs zeigt, dass die Abfolge der Gene zwischen den beiden Arten C. thummi und C. tentans identisch ist. Weiterhin konnten im Contig SDR von C. tentans sechs Bereiche lokalisiert werden, in denen repetitive oder transposable Elemente zu finden sind. Ein Vergleich der larvalen Transkripte (L4-Stadium) von 11 Genen des Contigs SDR aus C. thummi ♂ und C. thummi ♀ per RT-PCR und Hochdurchsatz-Sequenzierung zeigte mit Ausnahme der Gene luc7(p)-like sowie fs(1)K10-like bislang keine weiteren geschlechtsspezifischen Unterschiede. Im Gen luc7(p)-like konnte in C. thummi ♀ und C. piger ♀ ein alternativ gespleißtes Intron im eigentlichen Exon 2 identifiziert werden. Bei fs(1)K10-like konnte in C. thummi ♂ eine Duplikation des Gens nachgewiesen werden. Weiterhin wurden mit Hilfe des RACE-Verfahrens die 5’UTR- und 3’UTR-Bereiche der Transkripte analysiert. Hierdurch konnten differentielle Spleißprodukte identifiziert werden, welche jedoch nicht geschlechtsspezifisch auftreten. Die bioinformatische Bearbeitung der von den Genen der SDR kodierten Proteine auf konservierte Domänen zeigt vier Proteine, die möglicherweise als Transkriptions- oder Spleißfaktoren wirken können. Hierbei handelt es sich um die Proteine der Gene mi-er1-like, luc7(p)-like, polyhomeotic-like sowie rpn5-like. Für das auf Grund der männchenspezifischen Duplikation in C. thummi in den Fokus geratene Genprodukt von fs(1)K10-like konnten keine Domänen vorhergesagt werden. Somit kann nicht gesagt werden, ob das Protein im Rahmen der Geschlechtsdetermination eine Funktion haben könnte. Die Sequenzidentität der abgeleiteten AS-Sequenz liegt für alle Gene außer mi-er1-like (87,6 %) zwischen den beiden Arten C. tentans und C. thummi bei 93,3 %.

Analysis of protein expression in zebrafish during gonad differentiation by targeted proteomics

The molecular mechanisms governing sex determination and differentiation in the zebrafish (Danio rerio) are not fully understood. To gain more insights into the function of specific genes in these complex processes, the expression of multiple candidates needs to be assessed, preferably on the protein level. Here, we developed a targeted proteomics method based on selected reaction monitoring (SRM) to study the candidate sex-related proteins in zebrafish which were selected based on a global proteomics analysis of adult gonads and representational difference analysis of male and female DNA, as well as on published information on zebrafish and other vertebrates. We employed the developed SRM protocols to acquire time-resolved protein expression profiles during the gonad differentiation period in vas::EGFP transgenic zebrafish. Evidence on protein expression was obtained for the first time for several candidate genes previously studied only on the mRNA level or suggested by bioinformatic predictions. Tuba1b (tubulin alpha 1b), initially included in the study as one of the potential housekeeping proteins, was found to be preferentially expressed in the adult testis with nearly absent expression in the ovary. The revealed changes in protein expression patterns associated with gonad differentiation suggest that several of the examined proteins, especially Ilf2 and Ilf3 (interleukin enhancer-binding factors 2 and 3), Raldh3 (retinaldehyde dehydrogenase type 3), Zgc:195027 (low density lipoprotein-related receptor protein 3) and Sept5a (septin 5a), may play a specific role in the sexual differentiation in zebrafish.

XIPHOPHORUS ENZYME GENE EXPRESSION: TISSUE SPECIFICITY, GENETIC CONTROL, AND STABILITY IN CULTURED CELLS

Five permanent cell lines were developed from Xiphophorus maculatus, X. helleri, and their hybrids using three tissue sources, including adults and embryos of different stages. To evaluate cell line gene expression for retention of either tissue-of-origin-specific or ontogenetic stage-specific characters, the activity distribution of 44 enzyme loci was determined in 11 X. maculatus tissues, and the developmental genetics of 17 enzyme loci was charted in X. helleri and in helleri x maculatus hybrids using starch gel electrophoresis. In the process, eight new loci were discovered and characterized for Xiphophorus.^ No Xiphophorus cell line showed retention of tissue-of-origin-specific or ontogenetic stage-specific enzyme gene expressional traits. Instead, gene expression was similar among the cell lines. One enzyme, adenosine deaminase (ADA) was an exception. Two adult-origin cell lines expressed ADA, whereas, three cell lines derived independently from embryos did not. ADA('-) expression of Xiphophorus embryo-derived cell lines may represent retention of an embryonic gene expressional trait. In one cell line (T(,3)) derived from 13 pooled interspecific hybrid (F(,2)) embryos, shifts with time were observed at enzyme loci polymorphic between the two species. This suggested shifts in ratios of cells of different genotypes in the population rather than unstable gene expression in one dominant cell type.^ Verification of this hypothesis was attempted by cloning the culture--seeking clones having different genetic signatures. The large number of loci electrophoretically polymorphic between the two species and whose alleles segregated independently into the 13 progeny from which this culture originated almost guaranteed the presence of different genetic signatures (lineages) in T(,3).^ Seven lineages of cells were found within T(,3), each expressing genotypes at some loci not characteristic of the expression of the culture-as-a-whole, supporting the hypothesis tested. Quantitative studies of ADA expression in the whole culture (ADA('-)) and in clones of these seven lineages suggested the predominance in T(,3) of ADA deficient cell lineages, although moderate to high ADA output clones also occurred. Thus, T(,3) has the potential to shift phenotypes from ADA('-) to ADA('+) by simply changing proportions of its constituent cell types, demonstrating that such shifts can occur in any cell culture containing cells of mixed expressional characteristics.^

Grazing rate of microzooplankton measured experimentally in the North Atlantic during the Maria S. Merian cruise MSM26, spring 2013

The microzooplankton grazing dilution experiments were conducted at stations 126, 127, 131 and 133-137, following Landry & Hassett (1982). Seawater samples (whole seawater - WSW) were taken via Niskin bottles mounted on to a CTD Rosette out of the chlorophyll maximum at each station. Four different dilution levels were prepared with WSW and GF/F filtered seawater - 100% WSW, 75% WSW, 50% WSW and 25% WSW. The diluted WSW was filled in 2.4 L polycarbonate bottles (two replicates for every dilution level). Three subsamples (250 - 500 mL depending on in situ chlorophyll) of the 100% WSW were filtered on to GF/F filters (25 mm diameter) and chlorophyll was extracted in 5 mL 96% ethanol for 12-24 hours. Afterwards it was measured fluorometrically before and after the addition of HCl with a Turner fluorometer according to Jespersen and Christoffersen (1987) on board of the ship. In addition, one 250 mL subsample of the 100% WSW was fixed in 2% Lugol (final concentration), to determine the microzooplankton community when back at the Institute for Hydrobiology and Fisheries Science in Hamburg. Also, one 50 mL subsample of the 100% WSW was fixed in 1 mL glutaraldehyde, to quantify bacteria abundance. The 2.4 L bottles were put in black mesh-bags, which reduced incoming radiation to approximately 50% (to minimize chlorophyll bleaching). The bottles were incubated for 24 hours in a tank on deck with flow-through water, to maintain in situ temperature. An additional experiment was carried out to test the effect of temperature on microzooplankton grazing in darkness. Therefore, 100% WSW was incubated in the deck tank and in two temperature control rooms of 5 and 15°C in darkness (two bottles each). The same was done with bottles where copepods were added (five copepods of Calanus finmarchicus in each bottle; males and females were randomly picked and divided onto the bottles). In addition, two 100% WSW bottles with five copepods each were incubated at in situ temperature at 100% light level (without mesh-bags). All experiments were incubated for 24 hours and afterwards two subsamples of each bottle were filtered on to GF/F filters (25 mm diameter); 500 - 1000 mL depending on in situ chlorophyll. One 250 mL subsample of one of the two replicates of each dilution level and each additional experiment (temperature and temperature/copepods) was fixed in 5 mL lugol for microzooplankton determination. One 50 mL subsample of one of the two 100% WSW bottles as well as of one of the additional experiments without copepods was fixed in 1 mL glutaraldehyde for bacteria determination later on. Copepods were fixed in 4% formaldehyde for length measurements and sex determination.

(Appendix) Vertebral number of topsmelt, Atherinops affinis, adults and offspring from different latitudes along the North-American Pacific coast

Organisms that are distributed across spatial climate gradients often exhibit adaptive local variations in morphological and physiological traits, but to what extent such gradients shape evolutionary responses is still unclear. Given the strong natural contrast in latitudinal temperature gradients between the North-American Pacific and Atlantic coast, we asked how increases in vertebral number (VN, known as Jordan's Rule) with latitude would differ between Pacific (Atherinops affinis) and Atlantic Silversides (Menidia menidia), two ecologically equivalent and taxonomically similar fishes with similar latitudinal distributions. VN was determined from radiographs of wild-caught adults (genetic + environmental differences) and its genetic basis confirmed by rearing offspring in common garden experiments. Compared to published data on VN variation in M. menidia (a mean increase of 7.0 vertebrae from 32 to 46°N, VN slope = 0.42/lat), the latitudinal VN increase in Pacific Silversides was approximately half as strong (a mean increase of 3.3 vertebrae from 28 to 43°N, VN slope = 0.23/lat). This mimicked the strong Atlantic (1.11°C/lat) versus weak Pacific latitudinal gradient (0.40°C/lat) in median annual sea surface temperature (SST). Importantly, the relationship of VN to SST was not significantly different between the two species (average slope = -0.39 vertebrae/°C), thus suggesting a common thermal dependency of VN in silverside fishes. Our findings provide novel support for the hypothesis that temperature gradients are the ultimate cause of Jordan's Rule, even though its exact adaptive significance remains speculative. A second investigated trait, the mode of sex determination in Atlantic versus Pacific Silversides, revealed patterns that were inconsistent with our expectation: M. menidia displays temperature-dependent sex determination (TSD) at low latitudes, where growing seasons are long or unconstrained, but also a gradual shift to genetic sex determination (GSD) with increasing latitude due to more and more curtailed growing seasons. Sex ratios in A. affinis, on the other hand, were independent of latitude and rearing temperature (indicating GSD), even though growing seasons are thermally unconstrained across most of the geographical distribution of A. affinis. This suggests that additional factors (e.g., longevity) play an important role in shaping the mode of sex determination in silverside fishes.

Seawater carbonate chemistry and giant kelp Macrocystis pyrifera reproduction processes during experiments, 2011

The worldwide effects of ocean acidification (OA) on marine species are a growing concern. In temperate coastal seas, seaweeds are dominant primary producers that create complex habitats and supply energy to higher trophic levels. Studies on OA and macroalgae have focused on calcifying species and adult stages but, critically, they have overlooked the microscopic stages of the reproductive life cycle, which, for other anthropogenic stress e.g. UV-B radiation, are the most susceptible life-history phase. Also, environmental cues and stressors can cause changes in the sex ratio which has implications for the mating system and recruitment success. Here, we report the effects of pH (7.59-8.50) on meiospore germination and sex determination for the giant kelp, Macrocystis pyrifera (Laminariales), in the presence and absence of additional dissolved inorganic carbon (DIC). Lowered pH (7.59-7.60, using HCl-only) caused a significant reduction in germination, while added DIC had the opposite effect, indicating that increased CO2 at lower pH ameliorates physiological stress. This finding also highlights the importance of appropriate manipulation of seawater carbonate chemistry when testing the effects of ocean acidification on photosynthetic organisms. The proportion of male to female gametophytes did not vary significantly between treatments suggesting that pH was not a primary environmental modulator of sex. Relative to the baseline (pH 8.19), gametophytes were 32% larger under moderate OA (pH 7.86) compared to their size (10% increase) under extreme OA (pH 7.61). This study suggests that metabolically-active cells can compensate for the acidification of seawater. This homeostatic function minimises the negative effects of lower pH (high H+ ions) on cellular activity. The 6-9% reduction in germination success under extreme OA suggests that meiospores of M.pyrifera may be resistant to future ocean acidification.

Mapping and Introgression of QTL Involved in Fruit Shape Transgressive Segregation into 'Piel de Sapo' Melon (Cucumis melo L.)

A mapping F2 population from the cross ‘Piel de Sapo’ × PI124112 was selectively genotyped to study the genetic control of morphological fruit traits by QTL (Quantitative Trait Loci) analysis. Ten QTL were identified, five for FL (Fruit Length), two for FD (Fruit Diameter) and three for FS (Fruit Shape). At least one robust QTL per character was found, flqs8.1 (LOD = 16.85, R2 = 34%), fdqs12.1 (LOD = 3.47, R2 = 11%) and fsqs8.1 (LOD = 14.85, R2 = 41%). flqs2.1 and fsqs2.1 cosegregate with gene a (andromonoecious), responsible for flower sex determination and with pleiotropic effects on FS. They display a positive additive effect (a) value, so the PI124112 allele causes an increase in FL and FS, producing more elongated fruits. Conversely, the negative a value for flqs8.1 and fsqs8.1 indicates a decrease in FL and FS, what results in rounder fruits, even if PI124112 produces very elongated melons. This is explained by a significant epistatic interaction between fsqs2.1 and fsqs8.1, where the effects of the alleles at locus a are attenuated by the additive PI124112 allele at fsqs8.1. Roundest fruits are produced by homozygous for PI124112 at fsqs8.1 that do not carry any dominant A allele at locus a (PiPiaa). A significant interaction between fsqs8.1 and fsqs12.1 was also detected, with the alleles at fsqs12.1 producing more elongated fruits. fsqs8.1 seems to be allelic to QTL discovered in other populations where the exotic alleles produce elongated fruits. This model has been validated in assays with backcross lines along 3 years and ultimately obtaining a fsqs8.1-NIL (Near Isogenic Line) in ‘Piel de Sapo’ background which yields round melons.

Functioning of the Drosophila integral U1/U2 protein Snf independent of U1 and U2 small nuclear ribonucleoprotein particles is revealed by snf+ gene dose effects

Snf, encoded by sans fille, is the Drosophila homolog of mammalian U1A and U2B′′ and is an integral component of U1 and U2 small nuclear ribonucleoprotein particles (snRNPs). Surprisingly, changes in the level of this housekeeping protein can specifically affect autoregulatory activity of the RNA-binding protein Sex-lethal (Sxl) in an action that we infer must be physically separate from Snf’s functioning within snRNPs. Sxl is a master switch gene that controls its own pre-mRNA splicing as well as splicing for subordinate switch genes that regulate sex determination and dosage compensation. Exploiting an unusual new set of mutant Sxl alleles in an in vivo assay, we show that Snf is rate-limiting for Sxl autoregulation when Sxl levels are low. In such situations, increasing either maternal or zygotic snf+ dose enhances the positive autoregulatory activity of Sxl for Sxl somatic pre-mRNA splicing without affecting Sxl activities toward its other RNA targets. In contrast, increasing the dose of genes encoding either the integral U1 snRNP protein U1-70k, or the integral U2 snRNP protein SF3a60, has no effect. Increased snf+ enhances Sxl autoregulation even when U1-70k and SF3a60 are reduced by mutation to levels that, in the case of SF3a60, demonstrably interfere with Sxl autoregulation. The observation that increased snf+ does not suppress other phenotypes associated with mutations that reduce U1-70k or SF3a60 is additional evidence that snf+ dose effects are not caused by increased snRNP levels. Mammalian U1A protein, like Snf, has a snRNP-independent function.

A modular misexpression screen in Drosophila detecting tissue-specific phenotypes.

Genetic screens in Drosophila have lead to the discovery of many genes important for patterning and signal transduction in diverse organisms. Traditionally, the phenotypic effects of loss-of-function mutations are analyzed. As an alternative way to link genes and function, I have developed a versatile misexpression screen in Drosophila, the first such screen in higher eukaryotes. The screen identifies genes that, when over- or misexpressed in a pattern of interest, give a specific phenotype or modulate an existing mutant phenotype. It is based on Gal4 transactivation of a mobile enhancer and promoter that "targets" random endogenous genes for expression. The modular design of the screen allows directed expression in any temporal or spatial pattern. When activated in the developing eye, 4% of target inserts gave dominant phenotypes. One insertion was in the gene encoding Ras GTPase-activating protein; its overexpression phenotype was strongly enhanced by a mutation in Ras1. Thus, biologically relevant phenotypes and genetic interactions are identified using this method. The screen is a powerful new tool for developmental genetics; similar approaches can also be developed for other organisms.

Isolation and characterization of a MAGE gene family in the Xp21.3 region.

A human gene with strong homology to the MAGE gene family located in Xq27-qter has been isolated by using exon-trapping of cosmids in the Xp21.3 region. We have mapped and sequenced cDNA and genomic clones corresponding to this gene, MAGE-Xp, and shown that the last exon contains the open reading frame and is present in a minimum of five copies in a 30-kb interval. MAGE-Xp is expressed only in testis and, unlike the Xq27-qter MAGE genes, it is not expressed in any of 12 different tumor tissues tested. However, the gene and predicted protein structure are conserved, suggesting a similar function. MAGE-Xp is located in the 160-kb critical interval defined for the locus involved in sex determination within Xp21 and is 50 kb distal to the DAX-1 gene, which is responsible for X-chromosome-linked adrenal hypoplasia congenita.

La riproduzione nei rettili: nuove prospettive e sviluppi futuri

L’allevamento in cattività dei rettili è in costante crescita negli ultimi anni e richiede conoscenze mediche sempre più specialistiche per far fronte ai numerosi problemi legati a questi animali. Il corretto approccio medico prevede una profonda conoscenza delle specie prese in esame dal momento che la maggior parte delle problematiche riproduttive di questi animali sono legate ad una non corretta gestione dei riproduttori. L’apparato riproduttore dei rettili è estremamente vario a seconda delle specie prese in considerazione. Sauri ed ofidi possiedono due organi copulatori denominati emipeni e posizionati alla base della coda caudalmente alla cloaca che vengono estroflessi alternativamente durante l’accoppiamento per veicolare lo spera all’interno della cloaca della femmina. In questi animali il segmento posteriore renale è chiamato segmento sessuale, perché contribuisce alla formazione del fluido seminale. Tale porzione, durante la stagione dell’accoppiamento, diventa più voluminosa e cambia drasticamente colore, tanto che può essere confusa con una manifestazione patologica. I cheloni al contrario possiedono un unico pene che non viene coinvolto nella minzione. In questi animali. I testicoli sono due e sono situati all’interno della cavità celomatica in posizione cranioventrale rispetto ai reni. I testicoli possono variare notevolmente sia come forma che come dimensione a seconda del periodo dell’anno. Il ciclo estrale dei rettili è regolato, come pure nei mammiferi, dagli ormoni steroidei. La variazione di questi ormoni a livello ematico è stata studiato da diversi autori con il risultato di aver dimostrato come la variazione dei dosaggi degli stessi determini l’alternanza delle varie fasi del ciclo riproduttivo. La relazione tra presenza di uova (anche placentari) ed alti livelli di progesterone suggerisce che questo ormone gioca un ruolo importante nelle riproduzione delle specie ovipare per esempio stimolando la vascolarizzazione degli ovidutti durante i tre mesi in cui si ha lo sviluppo delle uova. Il 17-beta estradiolo è stato descritto come un ormone vitellogenico grazie alla sua capacità di promuovere lo sviluppo dei follicoli e la formazione di strati protettivi dell’uovo. L’aumento del livello di estradiolo osservato esclusivamente nelle femmine in fase vitellogenica è direttamente responsabile della mobilizzazione delle riserve materne in questa fase del ciclo. Va sottolineato come il progesterone sia in effetti un antagonista dell’estradiolo, riducendo la vitellogenesi e intensificando gli scambi materno fetali a livello di ovidutto. Le prostaglandine (PG) costituiscono un gruppo di molecole di origine lipidica biologicamente attive, sintetizzate sotto varie forme chimiche. Sono noti numerosi gruppi di prostaglandine ed è risputo che pesci, anfibi, rettili e mammiferi sintetizzano una o più prostaglandine partendo da acidi grassi precursori. Queste sostanze anche nei rettili agiscono sulla mucosa dell’utero aumentandone le contrazioni e sui corpi lutei determinandone la lisi. La maturità sessuale dei rettili, dipende principalmente dalla taglia piuttosto che dall’età effettiva dell’animale. In cattività, l’alimentazione e le cure dell’allevatore, possono giocare un ruolo fondamentale nel raggiungimento della taglia necessaria all’animale per maturare sessualmente. Spesso, un animale d’allevamento raggiunge prima la maturità sessuale rispetto ai suoi simili in natura. La maggior parte dei rettili sono ovipari, ovvero depongono uova con guscio sulla sabbia o in nidi creati appositamente. La condizione di ovoviviparità è riscontrabile in alcuni rettili. Le uova, in questo caso, vengono ritenute all’interno del corpo, fino alla nascita della progenie. Questa può essere considerata una strategia evolutiva di alcuni animali, che in condizioni climatiche favorevoli effettuano l’ovo deposizione, ma se il clima non lo permette, ritengono le uova fino alla nascita della prole. Alcuni serpenti e lucertole sono vivipari, ciò significa che l’embrione si sviluppa all’interno del corpo dell’animale e che è presente una placenta. I piccoli fuoriescono dal corpo dell’animale vivi e reattivi. La partenogenesi è una modalità di riproduzione asessuata, in cui si ha lo sviluppo dell’uovo senza che sia avvenuta la fecondazione. Trenta specie di lucertole e alcuni serpenti possono riprodursi con questo metodo. Cnemidophorus uniparens, C. velox e C. teselatus alternano la partenogenesi a una riproduzione sessuata, a seconda della disponibilità del maschio. La maggior parte dei rettili non mostra alcuna cura materna per le uova o per i piccoli che vengono abbandonati al momento della nascita. Esistono tuttavia eccezioni a questa regola generale infatti alcune specie di pitoni covano le uova fino al momento della schiusa proteggendole dai predatori e garantendo la giusta temperatura e umidità. Comportamenti di guardia al nido sono poi stati documentati in numerosi rettili, sia cheloni che sauri che ofidi. Nella maggior parte delle tartarughe, la riproduzione è legata alla stagione. Condizioni favorevoli, possono essere la stagione primaverile nelle zone temperate o la stagione umida nelle aree tropicali. In cattività, per riprodurre queste condizioni, è necessario fornire, dopo un periodo di ibernazione, un aumento del fotoperiodo e della temperatura. L’ atteggiamento del maschio durante il corteggiamento è di notevole aggressività, sia nei confronti degli altri maschi, con i quali combatte copiosamente, colpendoli con la corazza e cercando di rovesciare sul dorso l’avversario, sia nei confronti della femmina. Infatti prima della copulazione, il maschio insegue la femmina, la sperona, la morde alla testa e alle zampe e infine la immobilizza contro un ostacolo. Il comportamento durante la gravidanza è facilmente riconoscibile. La femmina tende ad essere molto agitata, è aggressiva nei confronti delle altre femmine e inizia a scavare buche due settimane prima della deposizione. La femmina gravida costruisce il nido in diverse ore. Scava, con gli arti anteriori, buche nel terreno e vi depone le uova, ricoprendole di terriccio e foglie con gli arti posteriori. A volte, le tartarughe possono trattenere le uova, arrestando lo sviluppo embrionale della prole per anni quando non trovano le condizioni adatte a nidificare. Lo sperma, inoltre, può essere immagazzinato nell’ovidotto fino a sei anni, quindi la deposizione di uova fertilizzate può verificarsi senza che sia avvenuto l’accoppiamento durante quel ciclo riproduttivo. I comportamenti riproduttivi di tutte le specie di lucertole dipendono principalmente dalla variazione stagionale, correlata al cambiamento di temperatura e del fotoperiodo. Per questo, se si vuole far riprodurre questi animali in cattività, è necessario valutare per ogni specie una temperatura e un’illuminazione adeguata. Durante il periodo riproduttivo, un atteggiamento caratteristico di diverse specie di lucertole è quello di riprodurre particolari danze e movimenti ritmici della testa. In alcune specie, possiamo notare il gesto di estendere e retrarre il gozzo per mettere in evidenza la sua brillante colorazione e richiamare l’attenzione della femmina. L’aggressività dei maschi, durante la stagione dell’accoppiamento, è molto evidente, in alcuni casi però, anche le femmine tendono ad essere aggressive nei confronti delle altre femmine, specialmente durante l’ovo deposizione. La fertilizzazione è interna e durante la copulazione, gli spermatozoi sono depositati nella porzione anteriore della cloaca femminile, si spostano successivamente verso l’alto, dirigendosi nell’ovidotto, in circa 24-48 ore; qui, fertilizzano le uova che sono rilasciate nell’ovidotto dall’ovario. Negli ofidi il corteggiamento è molto importante e i comportamenti durante questa fase possono essere diversi da specie a specie. I feromoni specie specifici giocano un ruolo fondamentale nell’attrazione del partner, in particolar modo in colubridi e crotalidi. La femmina di queste specie emette una traccia odorifera, percepita e seguita dal maschio. Prima dell’accoppiamento, inoltre, il maschio si avvicina alla femmina e con la sua lingua bifida o con il mento, ne percorre tutto il corpo per captare i feromoni. Dopo tale comportamento, avviene la copulazione vera e propria con la apposizione delle cloache; gli emipeni vengono utilizzati alternativamente e volontariamente dal maschio. Durante l’ovulazione, il serpente aumenterà di volume nella sua metà posteriore e contrazioni muscolari favoriranno lo spostamento delle uova negli ovidotti. In generale, se l’animale è oviparo, avverrà una muta precedente alla ovo deposizione, che avviene prevalentemente di notte. Gli spermatozoi dei rettili sono morfologicamente simili a quelli di forme superiori di invertebrati. La fecondazione delle uova, da parte di spermatozoi immagazzinati nel tratto riproduttivo femminile, è solitamente possibile anche dopo mesi o perfino anni dall’accoppiamento. La ritenzione dei gameti maschili vitali è detta amphigonia retardata e si ritiene che questa caratteristica offra molti benefici per la sopravvivenza delle specie essendo un adattamento molto utile alle condizioni ambientali quando c’è una relativa scarsità di maschi conspecifici disponibili. Nell’allevamento dei rettili in cattività un accurato monitoraggio dei riproduttori presenta una duplice importanza. Permette di sopperire ad eventuali errori di management nel caso di mancata fertilizzazione e inoltre permette di capire quale sia il grado di sviluppo del prodotto del concepimento e quindi di stabilire quale sia il giorno previsto per la deposizione. Le moderne tecniche di monitoraggio e l’esperienza acquisita in questi ultimi anni permettono inoltre di valutare in modo preciso lo sviluppo follicolare e quindi di stabilire quale sia il periodo migliore per l’accoppiamento. Il dimorfismo sessuale nei serpenti è raro e anche quando presente è poco evidente. Solitamente nei maschi, la coda risulta essere più larga rispetto a quella della femmina in quanto nel segmento post-cloacale vi sono alloggiati gli emipeni. Il maschio inoltre, è generalmente più piccolo della femmina a parità di età. Molti cheloni sono sessualmente dimorfici sebbene i caratteri sessuali secondari siano poco apprezzabili nei soggetti giovani e diventino più evidenti dopo la pubertà. In alcune specie si deve aspettare per più di 10 anni prima che il dimorfismo sia evidente. Le tartarughe di sesso maschile tendono ad avere un pene di grosse dimensioni che può essere estroflesso in caso di situazioni particolarmente stressanti. I maschi sessualmente maturi di molte specie di tartarughe inoltre tendono ad avere una coda più lunga e più spessa rispetto alle femmine di pari dimensioni e la distanza tra il margine caudale del piastrone e l’apertura cloacale è maggiore rispetto alle femmine. Sebbene la determinazione del sesso sia spesso difficile nei soggetti giovani molti sauri adulti hanno dimorfismo sessuale evidente. Nonostante tutto comunque anche tra i sauri esistono molte specie come per esempio Tiliqua scincoides, Tiliqua intermedia, Gerrhosaurus major e Pogona vitticeps che anche in età adulta non mostrano alcun carattere sessuale secondario evidente rendendone molto difficile il riconoscimento del sesso. Per garantire un riconoscimento del sesso degli animali sono state messe a punto diverse tecniche di sessaggio che variano a seconda della specie presa in esame. L’eversione manuale degli emipeni è la più comune metodica utilizzata per il sessaggio dei giovani ofidi ed in particolare dei colubridi. I limiti di questa tecnica sono legati al fatto che può essere considerata attendibile al 100% solo nel caso di maschi riconosciuti positivi. L’eversione idrostatica degli emipeni esattamente come l’eversione manuale degli emipeni si basa sull’estroflessione di questi organi dalla base della coda, pertanto può essere utilizzata solo negli ofidi e in alcuni sauri. La procedura prevede l’iniezione di fluido sterile (preferibilmente soluzione salina isotonica) nella coda caudalmente all’eventuale posizione degli emipeni. Questa tecnica deve essere eseguita solo in casi eccezionali in quanto non è scevra da rischi. L’utilizzo di sonde cloacali è il principale metodo di sessaggio per gli ofidi adulti e per i sauri di grosse dimensioni. Per questa metodica si utilizzano sonde metalliche dello spessore adeguato al paziente e con punta smussa. Nei soggetti di genere maschile la sonda penetra agevolmente al contrario di quello che accade nelle femmine. Anche gli esami radiografici possono rendersi utili per il sessaggio di alcune specie di Varani (Varanus achanturus, V. komodoensis, V. olivaceus, V. gouldi, V. salvadorii ecc.) in quanto questi animali possiedono zone di mineralizzazione dei tessuti molli (“hemibacula”) che possono essere facilmente individuate nei maschi. Diversi studi riportano come il rapporto tra estradiolo e androgeni nel plasma o nel liquido amniotico sia un possibile metodo per identificare il genere sessuale delle tartarughe. Per effettuare il dosaggio ormonale, è necessario prelevare un campione di sangue di almeno 1 ml ad animale aspetto che rende praticamente impossibile utilizzare questo metodo di sessaggio nelle tartarughe molto piccole e nei neonati. L’ecografia, volta al ritrovamento degli emipeni, sembra essere un metodo molto preciso, per la determinazione del sesso nei serpenti. Uno studio compiuto presso il dipartimento di Scienze Medico Veterinarie dell’Università di Parma, ha dimostrato come questo metodo abbia una sensibilità, una specificità e un valore predittivo positivo e negativo pari al 100%. La radiografia con mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata possono essere utilizzate nel sessaggio dei sauri, con buoni risultati. Uno studio, compiuto dal dipartimento di Scienze Medico Veterinarie, dell’Università di Parma, ha voluto mettere a confronto diverse tecniche di sessaggio nei sauri, tra cui l’ecografia, la radiografia con e senza mezzo di contrasto e la tomografia computerizzata con e senza mezzo di contrasto. I risultati ottenuti, hanno dimostrato come l’ecografia non sia il mezzo più affidabile per il riconoscimento degli emipeni e quindi del sesso dell’animale, mentre la radiografia e la tomografia computerizza con mezzo di contrasto siano tecniche affidabili e accurate in queste specie. Un metodo valido e facilmente realizzabile per il sessaggio dei cheloni anche prepuberi è la cistoscopia. In un recente studio la cistoscopia è stata effettuata su quindici cheloni deceduti e venticinque cheloni vivi, anestetizzati. In generale, questo metodo si è dimostrato non invasivo per le tartarughe, facilmente ripetibile in diversi tipi di tartarughe e di breve durata. Tra le principali patologie riproduttive dei rettili le distocie sono sicuramente quelle che presentano una maggior frequenza. Quando si parla di distocia nei rettili, si intendono tutte quelle situazioni in cui si ha una mancata espulsione e deposizione del prodotto del concepimento entro tempi fisiologici. Questa patologia è complessa e può dipendere da diverse cause. Inoltre può sfociare in malattie sistemiche a volte molto severe. Le distocie possono essere classificate in ostruttive e non ostruttive in base alle cause. Si parla di distocia ostruttiva quando si verificano delle condizioni per cui viene impedito il corretto passaggio delle uova lungo il tratto riproduttivo (Fig.13). Le cause possono dipendere dalla madre o dalle caratteristiche delle uova. Nel caso di distocia non ostruttiva le uova rinvenute sono solitamente di dimensioni normali e la conformazione anatomica della madre è fisiologica. L’eziologia è da ricercare in difetti comportamentali, ambientali e patologici. Non esistono sintomi specifici e patognomonici di distocia. La malattia diviene evidente e conclamata solamente in presenza di complicazioni. Gli approcci terapeutici possibili sono vari a seconda della specie animale e della situazione. Fornire un’area adeguata per la nidiata: se la distocia non è ostruttiva si può cercare di incoraggiare l’animale a deporre autonomamente le uova creando un idoneo luogo di deposizione. Il trattamento medico prevede la stimolazione della deposizione delle uova ritenute mediante l’induzione con ossitocina. L’ossitocina viene somministrata alle dosi di 1/3 UI/kg per via intramuscolare. Uno studio condotto presso l’Università veterinaria di Parma ha comparato le somministrazioni di ossitocina per via intramuscolare e per via intravenosa, confrontando le tempistiche con le quali incominciano le contrazioni e avviene la completa ovodeposizione e dimostrando come per via intravenosa sia possibile somministrare dosi più basse rispetto a quelle riportate solitamente in letteratura ottenendo comunque un ottimo risultato. Nel caso in cui il trattamento farmacologico dovesse fallire o non fosse attuabile, oppure in casi di distocia ostruttiva è possibile ricorrere alla chirurgia. Per stasi follicolare si intende la incapacità di produrre sufficiente quantità di progesterone da corpi lutei perfettamente funzionanti. Come per la distocia, l’eziologia della stasi follicolare è variegata e molto ampia: le cause possono essere sia ambientali che patologiche. La diagnosi clinica viene fatta essenzialmente per esclusione. Come per la distocia, anche in questo caso l’anamnesi e la raccolta del maggior quantitativo di informazioni è fondamentale per indirizzarsi verso il riconoscimento della patologia. Per prolasso si intende la fuoriuscita di un organo attraverso un orifizio del corpo. Nei rettili, diversi organi possono prolassare attraverso la cloaca: la porzione terminale dell’apparato gastroenterico, la vescica urinaria, il pene nel maschio (cheloni) e gli ovidutti nella femmina. In sauri e ofidi gli emipeni possono prolassare dalle rispettive tasche in seguito ad eccesiva attività sessuale97. La corretta identificazione del viscere prolassato è estremamente importante e deve essere effettuata prima di decidere qualsiasi tipologia di trattamento ed intervento. Nei casi acuti e non complicati è possibile la riduzione manuale dell’organo, dopo un accurato lavaggio e attenta pulizia. Se questo non dovesse essere possibile, l’utilizzo di lubrificanti e pomate antibiotiche garantisce all’organo una protezione efficiente. Nel caso in cui non si sia potuto intervenire celermente e l’organo sia andato incontro a infezione e congestione venosa prolungata con conseguente necrosi, l’unica soluzione è l’amputazione

¿Las plantas pueden revertir su sexo?

The sex determination is an event of great relevance in the life cycle of those plants that reproduce sexually. In recent years we have obtained substantial advances in elucidating the mechanisms involved, and in particular the role of epigenetic factors, in plant sex determination. Taking into account the relevance of this topic especially for dioecious species threatened as Cycads studies have been underwent to determine the basis of epigenetics of sex and to test whether compounds such as the de-metilating agent 5-azacytidine may be involved in sexual expression. This paper reviews the main progress made within this context obtained in Z. furfuraceae as well as cases of reversal of sex in cycads and different plant species.

Gewollte und ungewollte Schwankungen der weiblichen Fruchtbarkeit; Bedeutung des Kohabitationstermines für die Häufigkeit der Knabengeburten ...

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