鱼类原始X染色体的发现及其特征分析

The applicant has long been engaged in reproductive genetics. Reproductive and evolutionary genetics has always been an important area in life sciences. However, origin and evolution mechanisms of vertebrate sex chromosomes remian unknown. Using aproaches of structural and functional genomics, in combining with a variety of techniques of molecular, cellular biology and bioinformatics, physical map of proto-sex chromosome of the teleost swamp eel homologous to human X chromosome will be constructed by comparatively analysis of both genomic sequences and BACs. Synteny and evolution features of sex chromosomes will be studied by multi-species genome comparisons. Epigenetic modification and active/silent extent of the proto-sex chromosme will be systematically analysed through genome-wdie analysis. Key genes on the sex chromosomes involved in gonad reversal and their interactive pathways will be further explored. These results will benefit us to uncover molecular mechanisms of sex chromosome formation, which will contribute to our understanding of both structure and functions of sex chromosmes in vertebrates.

申请人长期从事动物生殖遗传学研究。动物生殖遗传机制的探索一直是生命科学领域中的一个重要研究课题。脊椎动物性染色体的起源和进化形成机制至今仍然未知。该探索不仅有助于了解人类的繁衍与生存，而且为整个脊椎动物的生殖研究提供基础。据此，本研究拟采用现代结构及功能基因组等技术，结合多种分子和细胞及生物信息技术手段，系统探索硬骨鱼黄鳝中与人类X高度同源的原始性染色体。通过BAC和基因组序列组装构建该染色体精细物理图谱，在多物种基因组水平上比较研究性染色体的共线性和进化特征；系统分析该染色体的表观遗传修饰及其基因的活跃和沉默程度；探索原始性染色体基因与性腺分化的关系及关键基因的分子通路。该项研究对认识脊椎动物性染色体结构、功能及其形成的遗传机制具有重要的理论和实际意义。

项目的背景.黄鳝拥有天然性逆转生殖策略，其基因组形成机制的探索，对于阐明包括人类在内的整个脊椎动物生殖遗传及发育机制具有重要的理论意义。该项研究采用现代基因组学及遗传学技术方法，借助于进化和生物信息手段,在基因组范围内系统分析脊椎动物染色体演化蓝图；构建黄鳝原始染色体精细物理图谱；探索性染色体起源和形成机制；分析性逆转基因组表观遗传修饰特征；对性分化基因的功能和分子机制进行深入研究。以此模式获得的染色体形成机制的发现，作为研究其它脊椎动物性分化发育的突破口,以期获得对脊椎动物性别决定规律较深入的认识。..主要研究内容.1. 全基因组染色体水平精细物理图谱的构建.2. 黄鳝全基因组染色体的融合事件和脊椎动物性染色体形成的融合重组演化机制.3. 全基因组重复元件和转座元件的鉴定及染色体作图.4. Tudor家族基因的扩张与收缩.5. SRY祖先基因Sox3参与卵子发生的功能和分子机制.6. 表观遗传和细胞自噬在性分化中的作用..重要结果.1. 对基因组草图序列进行了全基因组范围的染色体组装，构建了全基因组染色体水平精细物理图谱；.2. 发现了在进化过程中全基因组染色体的融合事件，以及脊椎动物性染色体形成的融合重组演化新机制；.3. 鉴定了全基因组重复元件和转座元件及其在染色体的不均衡分布特征；.4. 系统分析了Tudor家族基因的扩张与收缩，发现Tudor成员存在偏好性复制与丢失；.5. 通过基因敲除等技术，确立了SRY的祖先基因Sox3演化为决定雌性发育的关键基因，而SRY基因本身决定了雄性的发育。.6. 发现细胞自噬上调以及基因组表观调控在性分化中具有重要作用。. 以上研究成果发表了5篇 SCI论文，其中，一区2篇，二区1篇，三区2篇,另有2篇论文在整理待发表中：.Gigascience 2018 (一区,IF=7.267); Autophagy 2016(一区,IF＝11.1); Protein Cell 2018 (二区,IF=6.228); Sci. Rep. 2015(三区,IF=4.122); J. Exp. Zool. B. 2017(三区，IF=2.432)。..关键数据及其科学意义.1. 黄鳝全基因组染色体水平精细物理图谱，为水产动物育种提供了新资源；.2. 性染色体演化规律和性分化机制的认识，为进一步理解脊椎动物性分化发育机制提供了新途径。