天堂之鸟性染色体的演变揭示了

天堂鸟是一群鸣禽,以其壮丽的雄性羽毛和令人眼花缭乱的性展示而闻名。现在,维也纳大学分子进化与发展系,中国浙江大学和瑞典自然历史博物馆的国际合作项目共同分析了11种鸣禽物种基因组,包括五种天堂鸟类的基因组,以及重建了他们性染色体的进化史。

鸟类的性染色体与哺乳动物的性染色体相反。也就是说,雌性有一条Z染色体和一条雌性特异性W染色体,而雄性有两条Z染色体。W染色体小得多,基因贫乏,类似于人类的Y染色体。通过对雌性鸣禽基因组进行测序,研究人员现在揭示了Z和W染色体如何因其进化轨迹而分离的细节,以及哪些因素决定了W染色体上基因的命运。

垃圾DNA促进了性染色体的分离

对于大多数地区,性染色体不应该相互进行遗传交换。也就是说,它们沿着不同的进化轨迹发展;因此性别决定基因不会从一个性染色体重组到另一个性染色体,然后出现在异性中。研究人员表明,这种重组抑制发生在鸣禽性染色体之间的四个时间点。这已经重塑了四个连续的性连锁区域,形成了与时间相关的分歧模式的梯度,称为“进化阶层”。尽管所有现存的5,000种鸣禽物种的表型显着不同,但它们似乎都具有这些重组抑制事件的相同进化历史。引起研究人员注意的是,一系列重复元素(称为'CR1转座子'),可能是非功能性DNA序列在位于两个相邻进化层之间的突变热点处大量积累。这带来了一些假设,即垃圾DNA可能引发了性染色体之间重组的丧失,并将它们置于不同的进化路径中。

只有剂量敏感的基因在W染色体上存活

一旦W染色体上的重组丢失(Z染色体仍然只能在雄性中重组),基因就无法抵抗有害突变的侵袭,因为通常它们可以通过重组有效地清除。这是性染色体(人类Y或鸟类W)必须付出的性价格。如今,由于长期的遗传侵蚀,只有少数基因在鸣禽W染色体上保留了功能。研究人员发现,保留的基因比任何其他在非鸟类物种中都已丢失的基因更广泛或更高表达,两种基因组合仍然存在。这表明保留的基因具有比其他基因更重要的功能,并且即使当Z连锁基因仍然存在于雌性中时,它们也会失去它们,这对于物种承受减少的剂量来说太昂贵。