30年的實(shí)驗(yàn)進(jìn)化導(dǎo)致了新的性染色體

2018年12月3日，康斯坦茨大學(xué)Axel Meyer教授的實(shí)驗(yàn)室在Nature Communications雜志上發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于劍尾魚性別決定基因組機(jī)制的實(shí)驗(yàn)性進(jìn)化項(xiàng)目的新發(fā)現(xiàn)?？邓固勾拇髮W(xué)進(jìn)化生物學(xué)家和初級研究組組長Paolo Franchini博士是與維爾茨堡大學(xué)Manfred Schartl教授實(shí)驗(yàn)室合作的主要作者。

與哺乳動物相比，性別決定系統(tǒng)的多樣性在魚類中是非常多樣的，所有哺乳動物都具有確定性別的刻板XX，XY性染色體機(jī)制。魚類性別決定中這種多樣性背后的基因組機(jī)制和進(jìn)化原因?yàn)楹我约叭绾巫兓匀晃粗?。進(jìn)化生物學(xué)家Paolo Franchini博士及其合作者現(xiàn)已能夠在這項(xiàng)題為“長期實(shí)驗(yàn)雜交導(dǎo)致劍尾魚新性染色體進(jìn)化”的研究中描述這種機(jī)制及其確切功能。

曼弗雷德Schartl教授，海關(guān)生理化學(xué)在維爾茨堡大學(xué)的生物中心負(fù)責(zé)人，發(fā)起這個實(shí)驗(yàn)是由兩個劍尾魚的魚包括與回交雜交品種具有不同的性染色體系統(tǒng)三十年前。物種的雜種起源是兩種遺傳上不同物種雜交的結(jié)果，在魚群中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)。“我們從自然棲息地對這些系統(tǒng)的研究中得知，雜交是新物種進(jìn)化的重要機(jī)制，”Paolo Franchini解釋道。

在實(shí)驗(yàn)中，研究人員研究了雜交對性別決定基因組機(jī)制的影響。雄性劍尾魚有一個劍狀的細(xì)長尾鰭; 另一方面，女性更圓，更飽滿，沒有劍尾。

在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計中，可以追蹤超過30年的超過100代的交叉，一只雌性劍魚(Xiphophorus maculatus)與雄性劍尾魚(Xiphophorus hellerii)重復(fù)交叉。這兩個物種有不同的性染色體系統(tǒng)。在進(jìn)一步的步驟中，來自十字架的新雜交魚再次與雄性物種回交，并且該設(shè)計重復(fù)超過100代。

Paolo Franchini說：“我們發(fā)現(xiàn)漸滲 - 遺傳物質(zhì)從一個物種到另一個物種的運(yùn)動 - 色素沉著表型的選擇導(dǎo)致了一個意想不到的大型母系衍生基因組區(qū)域的保留。” 在雜交過程中，將一個親本的X染色體上的性別決定區(qū)轉(zhuǎn)移到雜交魚的常染色體上。這種轉(zhuǎn)移導(dǎo)致了一種全新的性染色體的進(jìn)化。“我們的結(jié)果首先顯示了導(dǎo)致混合基因組中觀察到的模式的因素的復(fù)雜性，包括諸如性別決定等基本問題，”Paolo Franchini說。這項(xiàng)工作證明，雜交可以催化新性染色體的快速進(jìn)化，從而為30多年前推出的實(shí)驗(yàn)做出了重要貢獻(xiàn)。

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