新聞科研進(jìn)展
多倍化為基因組演化提供了額外染色體組，在物種遺傳多樣性增加、性狀革新以及生態(tài)適應(yīng)性等方面發(fā)揮重要作用，是生物多樣性產(chǎn)生的重要驅(qū)動(dòng)力。盡管人們對(duì)多倍化后重復(fù)基因的表達(dá)模式和演化命運(yùn)進(jìn)行了廣泛探索，但重復(fù)基因在多倍體中如何共同調(diào)控生物學(xué)過程還有待研究。
近日，中國科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團(tuán)隊(duì)，以六倍體銀鯽為研究對(duì)象，鑒定了兩個(gè)重復(fù)的gsdf（gonadal somatic cell-derived factor）部分同源基因：gsdf-A和gsdf-B，其中每個(gè)部分同源基因均包含三個(gè)高度保守的等位基因。他們發(fā)現(xiàn)gsdf-A和gsdf-B在雄性性腺的體細(xì)胞中大量表達(dá)，gsdf-A的轉(zhuǎn)錄主要受dmrt1-A激活，gsdf-B的轉(zhuǎn)錄主要受dmrt1-B激活。單獨(dú)敲除gsdf-A或gsdf-B會(huì)導(dǎo)致部分遺傳型雄性發(fā)生雄性向雌性的性逆轉(zhuǎn)；且在gsdf-A突變體中存在gsdf-B的補(bǔ)償性表達(dá)，在gsdf-B突變體中存在gsdf-A的補(bǔ)償性表達(dá)。同時(shí)敲除gsdf-A和gsdf-B則導(dǎo)致所有遺傳型雄性發(fā)生雄性向雌性的性逆轉(zhuǎn)，且這種性逆轉(zhuǎn)可以通過芳香化酶抑制劑處理來挽救。
隨后，研究人員通過酵母雙雜交等分子互作研究手段，在體外證明Gsdf-A和Gsdf-B都可以與Ncoa5（nuclear receptor coactivator 5）結(jié)合，并阻斷Ncoa5與Rora（retinoic acid-related orphan receptor-alpha）的相互作用，從而抑制Rora和Ncoa5對(duì)cyp19a1a的轉(zhuǎn)錄激活。
該研究揭示了六倍體銀鯽Gsdf-A和Gsdf-B通過抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄來協(xié)同調(diào)控六倍體銀鯽雄性分化，且體外研究證明Gsdf-A和Gsdf-B可以通過與Ncoa5相互作用來抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄 (圖1)。該研究是展示多倍體重復(fù)基因協(xié)同調(diào)控機(jī)制的一個(gè)典型案例，同時(shí)也為多倍體性別分化機(jī)制演化提供了創(chuàng)新見解。
圖1 gsdf-A/gsdf-B介導(dǎo)銀鯽雄性分化的假想分子機(jī)制
在含有雄性標(biāo)記（MSM+）個(gè)體中，高表達(dá)的gsdf-A和gsdf-B可抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)Sertoli細(xì)胞發(fā)育和雄性發(fā)生。在不含有雄性標(biāo)記（MSM-）個(gè)體中，低表達(dá)的gsdf-A和gsdf-B不能抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致雌激素產(chǎn)生、顆粒細(xì)胞發(fā)育和雌性發(fā)生。體外研究結(jié)果表明Gsdf-A和Gsdf-B與Ncoa5相互作用并阻斷Ncoa5與Rora的相互作用，從而抑制Rora/Ncoa5對(duì)cyp19a1a的轉(zhuǎn)錄激活。
該研究以“Two duplicated gsdf homeologs cooperatively regulate male differentiation by inhibiting cyp19a1a transcription in a hexaploid fish”為題發(fā)表于PLoS Genetics。該研究由博士研究生王明濤等人完成，通訊作者為桂建芳院士和李熙銀副研究員。研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：2018YFD0900204,2021YFD1200804），國家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：31873036），中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：QYZDY-SSWSMC025），中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（批準(zhǔn)號(hào)：XDA24030104）等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010288