蝾螈Y染色体更替研究不支持Triturus平衡致死系统的性染色体起源假说

本研究针对蝾螈属Triturus中奇特的平衡致死系统（balanced lethal system）的进化起源问题展开。研究人员通过RADseq（限制性酶切位点关联DNA测序）和靶向捕获（target capture）技术构建高密度连锁图谱，首次在蝾螈中鉴定出Y染色体标记并证实其与近缘属Lissotriton的Y染色体非同源。这一发现推翻了"性染色体起源"假说的关键预测，为理解非重组基因组区域的演化提供了新视角。论文发表于《Genome Biology and Evolution》。

　　

在自然界中，蝾螈属Triturus的冠螈和斑螈携带着一个令人费解的遗传特征——平衡致死系统（balanced lethal system）。这个系统导致50%的后代在胚胎期死亡，如此明显的生殖代价却能在进化过程中保留下来，成为演化生物学领域长期未解的谜题。更奇特的是，这个系统涉及两条几乎不重组的第一号染色体（1A和1B），所有存活个体都必须是1A/1B杂合子，纯合子1A/1A或1B/1B都会因缺乏必需基因的功能拷贝而死亡。

关于这个奇特系统的起源，Grossen等人曾提出一个引人入胜的"性染色体幽灵"假说：认为平衡致死系统可能源自一个古老的Y染色体。该假说预测现代Triturus的Y染色体应该不同于其近缘属的Y染色体，而平衡致死系统所在的染色体则应与近缘属的Y染色体同源。然而，这个假说一直缺乏分子证据的支持。

荷兰 Naturalis 生物多样性中心和莱顿大学的研究团队联合波兰雅盖隆大学等机构，开展了一项跨物种比较研究。研究人员选择巴尔冠螈（Triturus ivanbureschi）作为模式物种，采用RADseq技术对60只已知性别的成体和包含158个后代的家族进行测序，构建了包含7,233个标记的高密度连锁图谱。同时利用靶向捕获技术对约7,000个编码基因进行定位，并将这些数据与近缘物种的基因组进行比较分析。

研究主要采用了三种关键技术：1）基于RADseq的性别关联分析，从60只已知性别个体中筛选雄性特异性标记；2）连锁图谱构建，使用Lep-MAP 3软件将7,233个RADseq标记定位到12个连锁群；3）同源比对分析，将标记与伊比利亚肋突螈（Pleurodeles waltl）基因组进行比对以确定染色体同源关系。此外还通过PCR验证了候选标记在8个Triturus物种中的性别特异性。

研究结果部分，首先在"Sex association"中发现11个引物对（对应6个标记序列）在T. ivanbureschi中表现出雄性特异性。其中TiY-384959-short和TiY-137941-long两个标记在不同物种中表现出稳定的性别关联模式，成为可靠的性别诊断工具。

在"RADseq Linkage map"部分，构建的连锁图谱将27个Y连锁标记全部定位在第8连锁群末端3.2 cM的区域内。通过同源比对发现，Triturus的Y染色体与P. waltl的2号染色体同源，而之前研究发现Lissotriton的Y染色体却与P. waltl的5号染色体同源，证明两者非同源。

"Identification of Y-linked regions in target capture linkage maps"部分将Y连锁标记整合到靶向捕获连锁图谱中，进一步确认Triturus的Y染色体（对应P. waltl 2号染色体）与平衡致死系统所在的1号染色体（对应P. waltl 6号染色体）没有同源关系，也不与Lissotriton的Y染色体同源。

讨论部分指出，这些发现虽然证实了Triturus和Lissotriton之间存在Y染色体更替（符合性染色体起源假说的第一个预测），但平衡致死系统与Lissotriton的Y染色体缺乏同源性（违背第二个关键预测）。这意味着除非假设两个谱系都独立发生过性染色体更替，否则性染色体起源假说难以成立。研究首次在蝾螈中发现了Y-Y染色体更替的证据，为理解脊椎动物性染色体演化提供了重要案例。

该研究还建立了可靠的性别诊断PCR方法，解决了蝾螈幼体性别鉴定困难的问题。标记TiY-384959-short适用于除多瑙冠螈（T. dobrogicus）外的所有物种，而TiY-137941-long则可用于多瑙冠螈和其他巴尔干地区物种。

这项研究不仅为平衡致死系统的进化起源提供了关键证据，也展示了RADseq技术在超大基因组物种中性染色体研究中的适用性。未来通过更多蝾螈类群的性染色体比较研究，将有助于揭示性染色体更替的频率及其与特殊遗传系统演化的关系。