四川湍蛙性染色体形成机制

The formation and differentiation of sex chromosome have interested to evolutionary geneticists for a long time. From the researches on the lineages with highly morphologically differentiated sex chromosomes (ie. mammals and birds), sex-chromosome evolution was influenced by sexual selection, recombination suppression, and chromosome rearrangement. However, it is unclear that how these factors affect the early stages of sex chromosomes differentiation. Studies of the early stages of their divergence in closely related species can provide insights into the processes of sex chromosome differentiation and evolution. In this study, we plan to get molecular markers on the sex chromosome of Amolops mantzorum, through chromosome microdissection, whole genome amplification (WGA), and high-throughput sequencing of microdissected sex chromosome. Based on these markers, we examine further the levels and patterns of genetic differentiation between sex chromosomes in A. mantzorum and A. kangtingensis. The purpose of this study is to answer three questions: (1) whether recombination suppression really exists in the early stages of sex chromosomes differentiation? (2) whether the heteromorphic sex chromosome of A. mantzorum is caused by chromosome rearrangement (inversion)? (3) if so, what is the substantive effect of inversion on sex chromosome differentiation? The results of this study will help to understanding the processes and patterns of sex chromosome differentiation in amphibians and vertebrates.

性染色体如何形成是进化生物学领域的研究焦点。对性染色体高度特化的类群（如哺乳类、鸟类等）研究发现，性染色体在演化过程中受到性选择、重组抑制和染色体重排等因素影响，但这些影响在性染色体分化早期类群并不明确。对处于性染色体形成初期类群进行研究，将有助于全面了解性染色体的形成和演化过程。本项目以兼具同形和异形性染色体的四川湍蛙及其近缘种为研究材料，采用单染色体显微切割、单细胞基因组扩增技术和高通量测序等方法以获得大量性染色体上的分子标记，并在此基础上运用染色体涂染及荧光原位杂交技术（FISH）、同源序列和微卫星分析，探索四川湍蛙性染色体的形成和分化。拟回答：（1）四川湍蛙性染色体是否由染色体重排（倒位）方式形成；（2）重组抑制是否存在于性染色体分化初期阶段；（3）性染色体重排是否促进重组抑制，从而强化性染色体的异形趋向。本项目的研究结果有助于了解两栖类以及脊椎动物的性染色体形成过程及演化机制。

性染色体的形成是进化生物学领域研究的重要问题。与性染色体分化明显的哺乳类及鸟类的模式不同，两栖类的性染色体处于分化的初始阶段，大量物种未出现核型形态差异的性染色体。对处于性染色体形成初期类群进行研究，将有助于全面了解性染色体的形成和演化过程。本项目以兼具同形和异形性染色体的四川湍蛙复合群为研究材料，分析重组抑制情况及重排所起的作用。研究结果如下：（i）通过染色体核型比较发现，四川湍蛙中部区域具有核型形态上可区分的性染色体，而北部区域的四川湍蛙和其他近缘种均不具有核型形态上有差异的性染色体。（ii）系统发育分析也显示了四川湍蛙明显分为北部和中部两大支系。（iii）通过Y染色体高通量测序及低覆盖度基因组测序及转录组测序的方法，获得了大量分子标记。（iv）扩增四川湍蛙 5S rDNA 序列，并通过荧光原位杂交定位到了性染色体对上，验证了四川湍蛙性染色体的倒位起源。（v）基于得到的微卫星标记，筛选出了一对呈现性别连锁的分子标记。该分子标记在四川湍蛙的多个种群中都呈现出性别关联，并且表现出重组抑制，而在其他近缘种不与性别关联也无重组抑制。这一现象正好和四川湍蛙具有性染色体倒位重排相吻合，而其他物种不具有倒位。以上结果表明四川湍蛙复合群性染色体的分化处于初始阶段，重组抑制范围较小。重排与重组抑制相关联，强化了性染色体分化。