国科大研究生导师李熙银团队在雌核生殖银鲫雄性特异微小染色体研究方面取得进展

  • 文/丁苗 (中国科学院水生生物研究所)
  • 创建于 2021-09-17
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  近日,中国科学院水生生物研究所桂建芳院士团队在PLoS Genetics在线发表了题为“Genomic anatomy of male-specific microchromosomes in a gynogenetic fish”的论文。

  单性生殖缺乏减数分裂同源重组,从而导致有害突变积累以及阻碍遗传多样性产生,所以单性生物类群通常被认为是进化的死胡同,不能够长期存在。然而雌核生殖银鲫生存时间已经远长于其预测的灭绝时间,并且展现出很高的遗传多样性和很强的环境适应性。此外,不同于其他单性脊椎动物,雌核生殖银鲫野生群体中存在少量的比例不等的雄性个体。因此,雌核生殖银鲫为研究单性类群的进化及其雄性发生提供了理想模型。

  中国科学院水生生物研究所桂建芳院士团队前期研究揭示了雌核生殖银鲫具有遗传性别决定和环境性别决定系统(Li and Gui, Sci China Life Sci, 2018, 61: 1503-1514):额外微小染色体参与遗传性别决定(Li et al, Genetics, 2016, 203: 1415-1424),性腺分化前幼苗生长发育的环境温度具有温度依赖性别决定作用(Li et al, Heredity, 2018, 121: 64-74)。遗传雄性含有额外微小染色体,能够产生雄性子代(Zhu et al, BMC Genomics, 2018, 19: 437),且对雌核生殖银鲫遗传多样性的创制发挥了重要作用(Zhao et al, Front Genet, 2021, 12: 691923)。然而,额外微小染色体的组成及其驱动雄性发生的机制尚不清楚。

  在前期基础上,该团队研究者筛选到银鲫最大量扩增的重复序列,该重复序列能够通过染色体荧光原位杂交特异性标记微小染色体;以该重复序列为探针,结合染色体荧光原位杂交以及染色体显微切割技术,构建了单染色体荧光显微切割平台,并成功分离了雌性9条微小染色体和雄性13条微小染色体;对分离的微小染色体分别进行多重置换扩增,利用雄性特异引物对扩增产物进行PCR筛选,最终鉴定出3条雄性特异微小染色体(图1)。进一步对雄性特异微小染色体进行基因组解析,发现雄性特异微小染色体含有常染色体同源序列和大量重复元件;通过与基因组和性腺转录组联合分析,筛选到一些具有转录活性的潜在雄性特异基因,其中9个基因在性别决定时期的性腺中展示出雄性特异或者雄性偏向表达。


图1 雄性特异微小染色体的分离与鉴定

  上述结果表明,雄性特异微小染色体积累了丰富的重复序列及性别特异或偏向表达基因,具有与性染色体类似的特征,可能是雌核生殖银鲫雄性发生的主要驱动力(图2)。该研究也为单性物种的进化提供了创新见解。


图2 银鲫雄性特异微小染色体起源和雄性发生示意图

  该研究由水生所博士研究生丁苗等人完成,通讯作者为李熙银副研究员。研究得到国家重点研发计划项目(批准号:2018YFD0900204,),国家自然科学基金(批准号:31873036),中国科学院前沿科学重点研究项目(批准号:QYZDY-SSWSMC025),中国科学院战略性先导科技专项(批准号:XDA24030104)等项目支持。

  论文链接:Genomic anatomy of male-specific microchromosomes in a gynogenetic fish

责任编辑:张婧睿