果蝇性染色体表达分歧揭示性别偏倚选择下的转录组进化约束

本研究通过实验进化方法，在果蝇中建立性别特异性遗传传递系统，揭示了共享基因库对性二态基因表达的约束机制。研究人员利用DsRed标记构建"Red"(雄性限制)和"NonRed"(雌性偏倚)染色体池，经过100代选择后发现：1) Red雄性交配成功率显著提升；2) 差异表达基因(DE)具有更高性别间遗传相关性(rMF)；3) 剪接模式呈现性别特异性进化轨迹。该研究为理解性二态性状的进化约束提供了转录组层面的新证据，发表于《Molecular Biology and Evolution》。

　　

在生物进化领域，性二态性状的演化始终存在一个核心谜题：为什么自然界中性别差异没有发展得更加显著？传统理论认为，共享的常染色体基因库构成了关键约束，但这一假说缺乏全基因组层面的实证支持。英国东安格利亚大学、多伦多大学和斯德哥尔摩大学的联合团队通过创新的果蝇实验模型，首次系统揭示了性别偏倚选择对转录组进化的深层影响。

研究团队设计了一套精巧的实验进化系统：在6个果蝇群体(各含1000只)中，利用DsRed荧光标记将第二条染色体分为"Red"(仅父系遗传)和"NonRed"(主要母系遗传)两个基因池。这种设计模拟了性染色体的遗传模式，使常染色体首次在实验条件下实现性别特异性进化。经过100代选择后，通过交配实验和全转录组测序(RNA-seq)分析，结合差异表达(DE)和差异剪接(DS)检测技术，系统评估了性别偏倚选择对基因调控的影响。

交配成功率分析显示，携带Red染色体的雄性交配优势显著(P=0.01)，而雌性则无差异。值得注意的是，Red雌性在关键产卵期前的交配比例显著下降，暗示NonRed染色体可能通过优化交配时机提升雌性适合度。这种性别特异的选择响应为性拮抗选择的存在提供了行为学证据。

转录组分析发现385个雌性差异表达基因和350个雄性差异表达候选基因。这些基因具有两大特征：1) 显著富集于中度雄性偏倚表达基因(1<>₂FC<5)；2) 平均性别间遗传相关性(r_MF)显著高于背景基因。特别引人注目的是，差异剪接基因中36个达到显著阈值，且这些基因在性特异性剪接(SSS)基因中显著富集(P<0.0001)。

在表达进化方向上，Red染色体携带者呈现出复杂的模式：虽然剪接模式在Red雄性中显著"雄性化"(?指数增加，P<0.0001)，但基因表达水平却整体"雌性化"——雌性偏倚基因上调而雄性偏倚基因下调。这种矛盾现象暗示常染色体上的性冲突可能呈现两种形式：既有推动进一步二态化的选择，也存在降低二态程度的选择压力。

通过比较实验组与对照组，研究发现NonRed染色体的表达变化幅度显著大于Red染色体(P<0.0001)，表明性别偏倚选择的影响具有不对称性。这种不对称可能源于：1) NonRed群体更大的有效种群规模；2) 雌性选择压力更强；3) Red群体受限的遗传重组。

该研究首次在转录组层面证实：常染色体共享基因库确实构成性二态进化的约束，但这种约束可能通过多种冲突形式实现。研究建立的性别特异性染色体传递系统为后续性冲突研究提供了新范式，而发现的差异表达基因群为寻找性拮抗变异提供了靶点。特别值得注意的是，剪接调控与表达水平对性别偏倚选择的差异化响应，暗示基因调控的不同层次可能面临 distinct 选择压力，这为理解性二态性状的分子进化开辟了新视角。