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果蝇(Drosophila)生殖系细胞类型特异性转录组的快速分化,阻碍了比较单细胞 RNA 测序(scRNA-Seq)研究。研究人员通过量化相关物种间的差异,识别出关键基因集。结果表明基因组组织影响精子发生转录爆发的分子进化,支持新基因起源的培育者模型。
精子发生是新进化基因起源的关键发育过程。然而,果蝇生殖系中细胞类型特异性转录组的快速分化,给比较单细胞 RNA 测序(scRNA-Seq)研究带来了重大技术障碍。通过量化三个密切相关果蝇物种在物种和细胞类型特异性差异之间令人惊讶的强相关性,研究人员运用统计程序确定了一组核心的 198 个基因。这组基因能高度预测细胞类型身份,同时对跨越 25 到 3000 万年进化的物种特异性差异具有稳健性。
研究人员利用基于这 198 个基因集的细胞类型分类,展示了细胞类型中的转录差异如何在精子发生发育过程中增加。在用 RNA 荧光原位杂交和成像验证了这些跨物种细胞类型分类后,研究人员接着探究基因组组织对精子发生分子进化(与转录爆发相关)的影响。首先,研究发现改变转录爆发大小有助于减数分裂前的转录,改变爆发频率则有助于减数分裂后的表达。其次,研究表明在所有检测的体细胞和生殖系细胞类型中,X 连锁转录爆发动力学在进化上保守地下降,这意味着常染色体与 X 染色体转录的全局差异可能在睾丸完全器官发生之前的发育阶段就已出现。最后,研究证明在精子发生的关键阶段,新进化的睾丸特异性转录本的出现可能对邻近基因的转录爆发特性提供短程调控,为新基因起源的培育者模型提供了证据支持。