物种特异性基因复制与调控重连驱动哺乳动物唾液的快速性别特异性进化

《BMC Genomics》：Rapid and sex-specific evolution of mouse saliva through regulatory rewiring and gene expansions

　　

摘要

背景

哺乳动物的唾液在消化、免疫和宿主-微生物群相互作用中起着重要作用，但其蛋白质组成在不同物种和性别之间存在显著差异。这种多样性使得唾液成为研究基因表达进化的一个强大模型。在此，我们从基因组、转录组和蛋白质组层面比较了小鼠和人类的唾液腺及其分泌物，以了解唾液成分的进化过程。

结果

我们发现，小鼠唾液腺中基因表达的进化受到快速基因更替和性别差异的影响。在下颌下腺和舌下腺中，68%和73%的分泌蛋白编码基因来源于具有物种特异性的基因，这些基因在人类中没有一对一的直系同源基因。这与普遍认为的基因表达在组织间基本保守的观点形成对比，凸显了唾液作为一个异常动态的分子进化系统。小鼠下颌下腺表现出明显的性别差异，有1537个组织特异性性别偏向基因，这一数量是肝脏中的3.8倍（p < 0.001），肝脏是经典的性别偏向表达模型。我们还发现了与Muc19糖基化差异相关的性别特异性表达基因。这些结果表明，小鼠唾液中的性别差异源于分泌蛋白的转录差异以及性别特异性的翻译后修饰。此外，下颌下腺中差异表达的基因聚集在由最近基因复制形成的基因组区域，例如kallikrein基因簇，这一基因簇是小鼠特有的，占雄性下颌下腺表达的约16.4%。我们的分析表明，这种性别偏向是通过基因复制导致的调控变化产生的，包括睾酮相关调控基序的传播以及促进协调基因调控的共享染色质结构的扩展。

结论

综上所述，我们的研究结果表明，物种特异性基因在塑造小鼠唾液转录组中起重要作用，而基因复制和调控重连促进了下颌下腺中性别偏向表达的快速进化。我们描述了一种新的机制，即物种特异性基因复制和调控重连推动了哺乳动物唾液的快速、性别特异性进化。我们的发现支持唾液作为一个进化上动态的系统，并且与发育系统漂移的观点一致，即尽管不同物种在潜在的基因调控程序上存在显著差异，仍然可以保持相似的表型。