Normalmente diamo per scontato che il sesso sia determinato fin dalla nascita. Tuttavia, alcune specie vegetali e animali presentano modelli di sviluppo sessuale molto diversi e plastici. Alcuni conservano la capacità di cambiare sesso in età adulta. Ci sono almeno cinquecento specie di pesci che posseggono un’elevata “plasticità” tale da permettere una completa reversione sessuale in risposta a determinati stimoli ambientali. L’identità sessuale dei vertebrati è determinata dall’antagonismo tra network di geni ben conservati, che sono cruciali nello stabilire e mantenere il destino finale delle gonadi. È noto che i processi epigenetici sono i mediatori chiave alla base della reversione sessuale indotta da stimoli ambientali in diversi animali, come per esempio nel pesce piatto Cynoglossus semilaevis (Pikaia ne ha parlato qui). 

Quello che avviene nel labride “Testa azzurra” (Thalassoma bifasciatum) è un caso eclatante di plasticità sessuale in risposta ad uno stimolo sociale. Il piccolo “Testa azzurra” vive in gruppo nelle barriere coralline dei Caraibi. Il maschio dominante, riconoscibile appunto per la sua testa azzurra, protegge il suo harem di femmine gialle. Se il maschio viene rimosso, la femmina più grande del gruppo cambia comportamento nel giro di pochi minuti, esibendo tratti comportamentali tipici del maschio dominante. Nel giro di poche ore cambia anche il suo colore e in circa dieci giorni diventa un maschio dominante capace di accoppiarsi con le femmine del suo nuovo harem.

Utilizzando una combinazione tra metodi di indagine genomica ed osservazioni istologiche, un gruppo di ricercatori della Otago Univerity, in Nuova Zelanda, ha scoperto che alla base della reversione sessuale del “Testa azzurra” c’è rilascio di cortisolo, evento stimolante che innesca una massiccia riprogrammazione epigenetica e nuove funzionalità dei geni legati alla differenziazione sessuale. In uno studio pubblicato su Science Advance, i ricercatori hanno analizzato dal punto di vista genomico e istologico, campioni di tessuto cerebrale e delle gonadi prelevati dalle femmine campione in diverse fasi dell’inversione sessuale. La analisi hanno dimostrato che il cortisolo agisce nel cervello delle femmine promuovendo un cambio di comportamento, da femmine non aggressive a femmine con tratti aggressivi-dominanti. Contemporaneamente, dal punto di vista genomico, il cortisolo agisce nelle ovaie, reprimendo i geni che codificano per l’aromatasi, l’enzima responsabile della produzione di estrogeni. La repressione genica di questo enzima precede il successivo “collasso tissutale” delle ovaie e la cascata molecolare che conduce alla differenziazione in testicoli. Questo processo avviene attraverso la neo-funzionalizzazione, dei geni a livello delle gonadi. Sorprendentemente alcuni geni coinvolti nello sviluppo e nel mantenimento delle ovaie, cambiano ruolo e concorrono alla differenziazione dei testicoli. Allo stesso modo, gli scienziati hanno individuato una riprogrammazione epigenetica mediata dalla metilazione del DNA che “riscrive” il destino sessuale delle cellule e indirizza l’espressione genica sesso specifica.

Questo studio rivela come i fattori ambientali promuovano il cambio di sesso mediante una cascata genetica che riprogramma le ovaie in testicoli attraverso la riorganizzazione del macchinario epigenetico. Inoltre, questi risultati fanno luce sull’evoluzione della determinazione del sesso e dei meccanismi di differenziazione che ne stanno alla base, suggerendo l’ipotesi che la neo-funzionalizzazione sia un fattore fondamentale alla base della plasticità sessuale caratteristica dei pesci teleostei.

Riferimenti:
Erica V. Todd et Al: Stress, novel sex genes, and epigenetic reprogramming orchestrate socially controlled sex change. Science Advances, 10 Jul 2019: Vol.5, no.7, eaaw7006 DOI: 10.1126/sciadv.aaw7006

Immagine: James St. John [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons