性拮抗与性别限制选择下性别偏向基因表达的进化约束与转录组特征研究

本研究通过人工选择实验，揭示了性拮抗(SA)和性别限制(SL)选择对种子甲虫(Callosobruchus maculatus)体型性别二态性(SSD)和转录组差异的影响。研究人员发现性别偏向基因表达(SB)的演化不受SSD程度驱动，且SA选择通过共享遗传架构对转录组变化施加更强约束。研究首次证实雄性偏向基因在体型选择中更易响应，为理解性别冲突的分子机制提供了实验依据。

　　

在生物进化领域，性别二态性(SSD)的形成机制一直是核心科学问题。虽然性拮抗(SA)选择被认为是通过性别偏向基因表达(SB)促进SSD的关键驱动力，但这一假说缺乏直接实验证据。更棘手的是，共享遗传架构可能限制两性性状的独立进化，而不同选择模式(SA vs 性别限制SL)对转录组的影响差异更是未知领域。

瑞典乌普萨拉大学(Department of Ecology and Genetics, Uppsala University)的R.Axel W. Wiberg团队通过创新的实验进化设计，在种子甲虫中建立了性拮抗(SA，选择大雌性/小雄性)和性别限制(SL，单独选择大/小雄性或大雌性)选择系。经过10代人工选择后，结合RNA-Seq技术系统分析了不同选择模式下转录组的演化规律。该研究近期发表于《Molecular Biology and Evolution》。

关键技术包括：(1)建立4种选择系(SA、SLm↓、SLm↑、SLf↑)及对照系；(2)全转录组测序(RNA-Seq)分析19,373个转录本；(3)差异表达(DE)和基因本体(GO)富集分析；(4)跨性别表达相关性计算。所有样本均来自单卵培养的处女成虫，确保消除环境噪声。

性二态程度与转录组性别偏向无普遍关联
通过比较SSD梯度显著的各选择系，发现性别偏向转录本数量与体型SSD无显著相关性(Spearman rho=0.16-0.18)。X染色体和常染色体转录本在性别偏向上的分布模式相似，但雄性偏向基因的表达强度与SSD呈微弱负相关(rho=-0.74)。

性别限制选择引发更剧烈的转录组重塑
尽管SA和SLm↓选择都使雄性体型缩小，但SLm↓系出现2,842个雄性差异表达基因(DEG)，显著多于SA系的1,550个。特别值得注意的是，SA选择下雌性DEG仅650个，显示SA对雌性转录组存在更强约束。PCA分析显示，SLm↑系在PC2轴上与其他系明显分离，表明大雄性选择驱动了独特的表达模式。

雄性偏向基因是选择响应的主要靶点
在SLm↓ vs SLm↑对比中，雄性DEG显著富集雄性偏向基因(占比33%，p<0.001)。严格分析(相对对照系)显示，56%的平行响应基因(同时在SA和SLm↓系变化)具有雄性偏向性。相反，雌性偏向基因仅在SLm↓系雌性中响应显著，在SA和SLf↑系中几乎无响应。

性别偏向基因的跨性别相关性更低
无论选择模式，性别偏向基因的跨性别表达相关性(中位rho=0.3-0.5)显著低于非偏向基因(rho=0.6-0.8)。但出乎意料的是，SA与SL选择系间的相关性差异不显著，提示SA约束主要通过减少总DEG数量而非改变相关性模式实现。

这项研究颠覆了"性别偏向表达必然反映性拮抗选择"的传统认知，首次实验证明：(1)性别限制选择可独立驱动性别偏向表达进化；(2)雄性偏向基因具有更强的选择响应能力；(3)SA选择主要通过限制雌性转录组可塑性而非改变相关性架构来维持多效性平衡。这些发现为解释自然种群中性别偏向表达的多样性提供了新框架，对理解性别冲突的分子解决机制具有里程碑意义。研究还揭示，基于性别偏向表达模式反推选择历史的传统方法可能存在根本缺陷，为未来相关研究提供了方法学警示。