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2019年4月1日周琦实验室在Nature Ecology and Evolution杂志发文阐明天堂鸟性染色体的进化历史

时间:2019年04月02日 访问次数:886

       201941日,亚冠娱乐周琦实验室在Nature Ecology and Evolution (自然?生態與進化)在線發表題爲”Dynamic evolutionary history and gene content of sex chromosomes across diverse songbirds的研究論文。周琦實驗室與瑞典自然曆史博物館合作,通過基因組學的手段重構了包括天堂鳥在內的11種鳴禽性染色體的演化曆史。


       自然选择理论颠覆了人类对世界的认知,达尔文一直都是这一理论的代名词。但是并没有那么多人记得还有一个“并列一作”华莱士。实际上,华莱士一直以来被誉为“生物地理学之父”,由他發現了區分亞洲和澳洲動植物群的地理邊界(現在稱爲“華萊士線”, Wallace’s line,也是由他第一次對馬來群島的天堂鳥(也叫“極樂鳥”,bird-of-paradise)做了詳細的科學記錄。天堂鳥的發現早于加拉帕戈斯群島的”達爾文雀“兩百多年,源于其雄性瑰麗的羽毛,一度爲歐洲王室貢品,很多物種也以王室成員命名,比如King of Saxony bird-of-paradise (Pteridophora alberti)這些物種的雌雄差異如此之大,一直被作爲性別選擇的教科書範例。然而其雌雄個體差異最大的基因組部分,性染色體的演化曆史卻一直不明。現在天堂鳥的性染色體上有什麽基因,這些基因又和它們雌雄表型差異有什麽關系?

King of Saxony天堂鳥。照片源自Tim Laman (http://www.timlaman.com/)


       该研究产生了五个天堂鸟物种的高质量雌性基因组,并分析了其他已经公布的总共11種鳴禽的基因組來重構它們的性染色體演化。鳴禽(songbird)是鳥類物種最大的分支,包括了人們熟悉的斑馬雀,麻雀,烏鴉,金絲雀,還有天堂鳥等等,物種數目接近所有哺乳動物物種數目的總和,占所有鳥類物種數目的一半。和其他鳥類一樣,鳴禽的性染色體和哺乳動物的XY類型相反,爲ZW類型(即雄性爲ZZ,雌性爲ZW)。研究發現盡管鳴禽物種多樣性豐富,但它們的性染色體有共同的演化曆史,都經曆了四次同源重組抑制。這些重組抑制使得性染色體的不同區段形成截然不同的序列差異,被稱爲“進化斷層evolutionary strata)。這樣的重組抑制保證了雌性特異的W染色體上雌性相關或者雌性性別決定的基因,無法通過重組到Z染色體進入雄性,維持了性別的穩定。有意思的是,傳統理論認爲,重組抑制是由染色體之間的倒位引起,而本研究發現很有可能是重複序列的特異擴張,導致了重組抑制。證據主要來源于在兩段相鄰的重組抑制區域的邊界,研究者發現了大量的鳴禽特異的轉座子爆發事件。而在W染色體上,不同的鳴禽物種之間,盡管它們大都經曆了強烈的性別選擇,W染色體仍然保留了一定數目的功能基因(通常來說Y或者W染色體會由于無法重組而丟失大量基因)。這些基因大都在其他物種中比其他基因有更廣泛的組織表達模式,很可能是由于它們的持家基因功能而被保留。


      周琦教授与瑞典自然历史博物馆的Martin Irestedt研究员为本文通讯作者,亚冠娱乐生命系统稳态与保护教育部重点实验室为论文作者第一单位。该论文的研究工作得到国家自然基金委面上项目,优秀青年项目以及浙江大學中央高校基本科研业务费的支持。


       原文链接:https://www.nature.com/articles/s41559-019-0850-1