新聞科研進展
性別是真核生物的共源性狀，也是生命演化的主要驅動力。絕大多數脊椎動物的性別受性染色體調控，性染色體通常由常染色體獲得性別決定基因而起源。獨立的起源和性染色體的轉換致使性染色體呈現出高度的多樣性和易變性。模式哺乳動物中的X和Y性染色體以及鳥類中的Z和W性染色體解析得較為透徹，但是這些異形染色體都具有久遠的演化歷史，很難追溯性染色體早期階段演化過程。因此，在一些非模式魚類中，形成時間較晚的同形性染色體為闡明性染色體早期動態演化提供了理想系統。
蘭州鲇（Silurus lanzhouensis）又稱黃河鲇，是黃河流域的特色經濟魚類，其雄性生長速率和個體大小顯著優于雌性，具有重大的性別控制育種價值。中國科學院水生生物研究所桂建芳院士團隊在前期研究中，通過人工雌核生殖鑒定蘭州鲇具有XX/XY雄性異配型性別決定系統，開發X和Y染色體連鎖的遺傳標記；通過偶發的具有XY基因型的雌雄同體魚自交，獲得含有YY超雄子代自交家系（Wang et al.,2021, Aquaculture）。隨后，利用自交家系中的YY超雄魚與野生型的XX雌魚繁育，獲得XY全雄群體；該全雄群體與正常的兩性群體相比具有顯著的生長優勢（4月齡體重提升17.8%）；與傳統路徑相比，利用雌雄同體魚自交培育全雄群體的技術路徑避免了激素使用、提高了子代純度、縮短了育種周期（Niu et al.,2023, Aquaculture）。
研究團隊在此基礎上，對蘭州鲇雌核生殖純化的XX個體和自交純化的YY個體進行了從頭測序組裝，構建出兩套高質量的染色體水平基因組，從而獲得了無嵌合的X和Y染色體序列；通過重測序和性染色體比較分析，鑒定到24號染色體為蘭州鲇的性染色體，并在Y染色特異區域發現了一個性別決定候選基因amhr2y；利用染色體原位雜交、表達模式分析和基因敲除等技術手段確定amhr2y為蘭州鲇的性別決定基因；此外，研究團隊對鲇屬（Silurus）魚類中的蘭州鲇、南方大口鲇（S. meridionalis）和鲇（S. asotus）的性染色體進行詳細的比較分析，揭示了鲇屬祖先種24號染色體由于獲得amhr2y發生了獨立的性染色體起源，在南方大口鲇和蘭州鲇中保留24號染色體為性染色體，而在鲇中發生了從24號到5號的性染色體轉換事件；并且在鲇屬性染色體演化過程中發生了重復序列富集、基因聚集以及基因降解等現象。
這個研究揭示了鲇屬性別決定基因起源、重復序列擴張、基因聚集和降解、性染色體轉化等事件，展示了一個清晰的性染色體演化早期階段的動態過程。同時，該研究也為促進蘭州鲇精準遺傳育種提供了理論和技術支撐。
鲇屬魚類性染色體演化示意圖
該研究工作以“Genomic anatomy of homozygous XX females and YY males reveals early evolutionary trajectory of sex-determining gene and sex chromosomes in Silurus fishes”為題在線發表于Molecular Biology and Evolution期刊。水生所王燾博士和華中農業大學鞏高瑞博士為該論文共同第一作者，水生所李熙銀研究員、桂建芳院士和梅潔研究員為共同通訊作者。該研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項（A類）（批準號：XDA24030505）等項目的資助。