四川湍蛙近缘物种性染色体同形维持机制

In sharp contrast with birds and mammals, highly differentiated Y chromosome are rarely observed in cold-blooded vertebrates. Sex chromosomes have been described as homomorphic in about 96% of amphibians and fishes studied so far. Why is that so? The ‘‘fountain-of-youth’’ hypothesis advocates that sex-chromosome integrity can be maintained over long times by occasional recombination in XY females. However, this view is not enough to be evidenced, especially when the species with the heteromorphic sex-chromosome is the third reference. In this study, we assess the X-Y recombination at population level, by a case study on Amolops mantzorum sister species (Anura, Ranidae), these involving homomorphic or heteromorphic sex-chromosome. First, we try to assess whether the recombination is suppressed by employing a series of microsatellite loci to check the recombination rate between autosomes, X-X and X-Y chromosomes. Second, we will try to detect the X-Y recombination by reconstructing gene tree with the sex linked loci through isolating Y chromosome in the light microscope, then mapping loci to Y chromosome by FISH. Third, we try to decipher the X-Y recombination based on the analysis of X-Y similarity. Fourth, we try to estimate the X-Y recombination rate relative to that between X chromosomes in all species by employing Approximate Bayesian Computation.

冷血脊椎动物中极少存在高度分化的异形性染色体，96%的物种表现为相同形态。这一有悖于性染色体进化理论的现象如何解释？新的假说认为，因性反转XY雌性个体偶然的出现，X和Y之间再次发生重组而维持了性染色体形态不变。然而，现有研究所涉类群非常有限，尤其缺乏异形性染色体物种为参照而显不足。本研究拟选择兼有同形和异形性染色体的四川湍蛙及其近缘物种群为材料，借助于基因组测序、染色体显微切割、WGA扩增及涂染FISH技术等进行性别连锁标记筛选及定位，运用新兴的近似贝叶斯计算等多重分析方法，重点：（1）检测X和Y性染色体间的基因重组是否受到高度抑制；（2）基于性别连锁标记构建分子树，检测X和Y间是否再次发生基因重组；（3）检测X和Y序列之间相似性存在与否推导重组是否再次发生；（4）检测X和Y之间偶然的基因重组是否以极低的频率出现。期望通过多层次多侧面的分析进行假说求证，以期对这一令人迷惑的话题进行诠释。

冷血脊椎动物中极少存在高度分化的异形性染色体，96%的物种表现为相同形态。这一有悖于性染色体进化理论的现象如何解释？现有的假说认为，（1）因性返转XY雌性个体偶然的出现，X和Y之间再次发生重组而维持了性染色体形态不变，或是（2）性染色体快速的转换，X和Y之间没有足够时间积累重组抑制区，Y染色体不会退化而维持性染色体形态不变。然而，现有研究仅局限在欧洲雨蛙、绿蟾蜍等极少数种类，并未在冷血动物中得到广泛的求证。本研究以兼有同形和异形性染色体的四川湍蛙及其近缘物种为材料进行假说检验。 借助于染色体显微切割、WGA扩增及测序，获得了四川湍蛙Y染色体基因组。基于GBS、Miseq、RNAseq等一系列基因组测序，通过性别偏好的生物信息分析，获得四川湍蛙雄性偏好SSR性别位点TW220、SNP性别位点69个，康定湍蛙雄性偏好SNP性别位点14个，棕点湍蛙雄性偏好SNP性别位点11个。四川湍蛙SSR性别位点TW220不能跨种获得同源性别位点，其近缘种间也没有同源SNP性别位点存在，3个近缘种的XY性别抑制区独立存在，偶然重组在这个类群中不能发生，‘‘fountain-of-youth’’ 假说不能检测。反之，四川湍蛙及近缘种各自存在独立的性别决定区域，表明3种间存在性染色体的快速转换‘‘turnover’’。3个物种均表现为雄性偏好的XY性别决定，表明3种间不存在XY和ZW两种性别决定系统间的快速转换。3个物种性别决定SNP位点均比对标定在四川湍蛙No.5Y染色体基因组，表明3种间不存在性染色体对间的转换。3种各自存在独立的性别决定区域，表明3个受检物种的性别决定区已在同一条No.5Y染色体上发生了较为明显的移动或转换。 研究求证了性染色体的快速转换‘‘turnover’’的存在，并且进一步证明，在近缘物种中性别决定区域可以在同一条染色体范围内快速转换。研究为解读性染色体进化机制提供了新的案例，具有重要的学术价值。