An An accurate molecular method to sex elephants using PCR amplification of Amelogenin gene

Abstract

The use of molecular methods to identify the sex of elephants from non-invasive samples is essential for studies of population dynamics and population genetics. We designed a new technique for sex identification in elephants using Amelogenin (AMEL) genes. The X-Y homologs of AMEL genes are suitable for sex determination in pigs and some bovids. In this study on savannah elephants, the use of AMEL genes was more successful than previous methods that relied on genes found exclusively on Y-chromosomes, such as SRY, to distinguish males from females. We designed a common forward primer and two reverse primers for X- and Y-specific AMEL genes to obtain 262bp and 196bp PCR amplicons from Y and X genes, respectively. We tested the primers for the identification of the sex of 132 savannah elephants from fecal samples.  The sex of 126 individuals (95.45%) matched observational data, while 6 (4.54%) did not match. This discrepancy observed was due to observational errors in the field, where high grass  reduces the ability to accurately sex young individuals. Through our stool samples results, we have shown that the use of only three primers for AMELX/Y provides a highly accurate PCR-based method for sex identification in savannah elephants. The method is fast and shows more success than the SRY system by avoiding the inherent ambiguities of the previous PCR-based methods that made it difficult to distinguish between female samples and failed amplification reactions. Our sex identification method is non-invasive and can potentially be applied in population genetic studies and forensics tests on both savannah as well as forest elephants.

Résumé

L'utilisation de méthodes moléculaires pour identifier le sexe des éléphants à partir d'échantillons non invasifs est essentielle pour les études de la dynamique et de la génétique des populations. Nous avons conçu une nouvelle technique d'identification du sexe chez les éléphants de savane à l'aide des gènes Amélogénine (AMEL). Les homologues X-Y des gènes AMEL sont connus pour être adaptés à la détermination du sexe chez les porcs et certains bovidés. Dans cette étude sur les éléphants de savane, l'utilisation des gènes AMEL a été plus efficace que les méthodes précédentes qui reposaient sur des gènes trouvés exclusivement sur les chromosomes Y, tels que SRY, pour distinguer les mâles des femelles. Nous avons conçu une amorce sens commune et deux amorces antisens pour les gènes AMEL spécifiques de X et Y pour obtenir des amplicons PCR de 262 pb et 196 pb à partir des gènes X et Y, respectivement. Nous avons testé les amorces pour l'identification du sexe de 132 éléphants de savane à partir d'échantillons de matière fécale. Le sexe de 126 individus (95,45%) correspondait aux données d'observation, tandis que 6 (4,54%) ne correspondaient pas. Cet écart observé était probablement dû à des erreurs d'observation sur le terrain, où les hautes herbes réduisent la capacité de déterminer le sexe des jeunes individus avec précision. Grâce aux résultats de nos échantillons de matière fécale, nous avons montré que l'utilisation de seulement trois amorces pour AMELX/Y fournit une méthode très précise basée sur la PCR pour l'identification du sexe chez les éléphants de savane. La méthode est rapide et montre plus de succès que le système SRY en évitant les ambiguïtés inhérentes aux précédentes méthodes basées sur la PCR qui rendaient difficile la distinction entre les échantillons femelles et les réactions d'amplification échouées. Notre méthode d'identification du sexe est non invasive et peut potentiellement être appliquée dans les études de génétique des populations et les tests médico-légaux sur les éléphants de savane et de forêt.