灵长类动物X染色体连锁扩增基因的普遍正选择

《Genome Biology and Evolution》：Pervasive positive selection on X-linked ampliconic genes in primates

　　

摘要

哺乳动物性染色体上携带扩增基因家族，即序列一致性≥97%的多拷贝基因，主要表达于睾丸组织，对男性生育力至关重要。睾丸特异性基因的扩增在所有哺乳动物中均得到保守，但具体扩大的基因家族在不同谱系间表现出显著的差异。此前的研究表明，其中几个基因家族存在动态更替和适应性进化，但由于重复区域参考基因组的质量限制，对其分析较为有限。为刻画两条性染色体上扩增基因家族的分子进化过程，我们分析了涵盖2500万年进化历程的八种灵长类物种的端粒到端粒基因组组装数据。我们鉴定出53个X染色体连锁和19个Y染色体连锁的具有动态拷贝数变异的扩增基因家族。回文配对和串联阵列介导的基因转换在突变不断积累的同时维持了较高的序列相似性。X染色体连锁家族尽管发生拷贝数变化，仍保持在保守的染色体位置上，而Y染色体连锁家族则频繁发生位置更替。值得注意的是，多个X染色体连锁家族（GAGE、SSX、CSAG和VCX）在灵长类系统发育中表现出广泛的正选择，多个家族（MAGEB、CT45、HSFX）则表现出谱系特异性的正选择。Y染色体连锁家族主要在净化选择下进化。考察X染色体连锁扩增基因家族在黑猩猩、人类和大猩猩中的种内拷贝数变异，我们发现个体间存在变异，但物种间差异明显，其中最大的基因家族变异最为显著。这些模式提示精子竞争、减数分裂驱动或剂量依赖性选择可能是驱动灵长类睾丸表达扩增基因快速谱系特异性进化的因素。