Ақпарат

Х хромосомасындағы жыныстық гендердің экспрессиясы


Х хромосомасының жиі әйелдік гендер үшін байытылатыны және ерлердің біржақты гендерінің тапшылығы бар екендігі көрсетілген. Мысалы, осы мақалада және мынау.

Дегенмен, мен жынысқа негізделген гендердің жалпы таралуын сынайтын құжаттарды табу үшін күресіп жатырмын. Мен X жыныстық гендердің байытылғанын анықтауға тырысамын, мысалы. егер X барлық белокты кодтайтын гендердің 20%-ын иеленсе, ол барлық жынысқа бейім гендердің 30%-ын алып жүрсе, ол байытар еді.

Мұндай зерттеулер бар ма?


Менің ойымша, мен Аллен қағазының артқы жағындағы әдістер бөлімінде тығылған жауапты таптым, онда жынысқа негізделген гендердің 15% X-мен байланысқан, бұл 15,55% ($100 рет (frac{1075}) дегенді білдіреді деп ұсынамын. {1075 + 4938 + 4323})$) жынысқа тәуелді гендер X-байланысты - басқа мысалдар әлі де іздестірілуде:

«Талдау кезінде 2 (4323 ген, 37%), 3 (4938 ген, 43%) және Х (1705 ген, 15%) хромосомалармен байланысты гендер пайдаланылды, бұл хромосомалар гендердің 10967 (95%) құрады. … гендердің тағы 547 (4,7%)… алынып тасталды»


Бұл сұраққа modENCODE деректер жиынына арналған modMine деректер қоймасын пайдаланып өзіңіз жауап бере аласыз. Сізге тек әйелге тән гендердің тізімі қажет (FlyBase FBGxxxxxxxx ең қарапайым болса да, таңдау идентификаторын пайдалану). Сіз өзіңіздің идентификаторлар тізімін жүктеп салу үшін олардың тізім құралдарын пайдалана аласыз, содан кейін сізге GO терминін байыту, PubMed сілтемелері сияқты нәрселерді айтып беретін көптеген виджеттер бар және біреуі гендеріңіздің хромосомалық таралуын көрсететін гистограмма сызбасы және және «күтілетін» таралуды көрсететін екінші гистограмма. Көптеген modENCODE сайттарына қол жеткізуді www.modencode.org сайтынан табуға болады

Жарайды, мен өзім барып, мұны істедім. modMine өте баяу болды, бірақ бақытымызға орай FlyMine-дегі интермин сервері жақсы жұмыс істейді. Мен Graveley et al., Nature, 2011 сайтынан 25-қосымша кестені жүктеп алдым және FlyBase гендік идентификаторлары бар жолдар үшін «Әйелге бағытталған» идентификаторлардың барлығын қиып, қойдым. Бұл суретте 928 геннің хромосомалық таралуы көрсетілген:

X осіндегі жапсырмалар дұрыс орналаспайды (белгілі бір себептермен), сондықтан хромосомалардың атаулары мен сандары бар кесте:

Chrom Actual күтілетін

2L: 157 169

2R: 176 186

3L: 143 173

3R: 174 217

4: 0 10

X: 264 150


Жыныстық бейтарап гендердің эволюциясы және жыныстық гендердің экспрессиясы

Гендердің экспрессиясындағы жыныстық диморфизм организмдер мен геномдарда кең таралған.

Жыныстық мәнді экспрессиясы бар гендер, әсіресе еркектік экспрессиясы бар гендер белок тізбегінде де, экспрессия деңгейінде де жылдам дамиды.

Жыныстық бағыттағы гендер геномда кездейсоқ емес таралады, Х хромосомасында аз және шамадан тыс өкілдіктің мысалдары бар.

Жыныстық гендердің жылдам эволюциясының артындағы қозғаушы күш позитивті іріктеу екенін дәлелдейтін дәлелдер бар. Бұл жыныстық іріктеу мен жыныстар арасындағы антагонистік коэволюциядан туындауы мүмкін.

Дозалық компенсациядан құтылатын жыныспен байланысқан гендер жыныстық гендердің экспрессиясының ерекше жағдайын құрайды.

Бір локусты антагонизмді, жыныстық антагонизмді, плюс гендердің қайталануын және жыныстық бейтарап гендердің қайталануын қоса алғанда, сексуалды гендердің пайда болуының бірнеше сценарийлері бар.


Жыныстық гендердің экспрессиясы

Транскрипциялық профильдеу әдістері геномдық ауқымда әйелдер мен еркектер арасындағы ген экспрессиясын салыстыруға мүмкіндік берді. Мұндай зерттеулер жынысқа негізделген ген экспрессиясының көптеген түрлерде көп болатынын анықтады, дегенмен оның мөлшері ұлпаларда немесе даму кезеңдерінде айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Генетикалық жынысты анықтауы бар түрлерде дозаны өтеу сияқты жыныстық хромосомаға тән процестер де жынысқа негізделген ген экспрессиясына әсер етуі мүмкін. Жыныстық бағыттағы гендер, әсіресе еркектерге бағытталған экспрессиясы бар гендер көбінесе нәруыз тізбегі мен түрлер арасындағы ген экспрессиясының дивергенциясының жоғары көрсеткіштерін көрсетеді, бұл жыныстық іріктеуді, жыныстық антагонизмді және жеңіл селективті шектеуді қоса алғанда, бірқатар себептерге ие болуы мүмкін. Мұнда біз модельдік және модельдік емес организмдердегі жынысқа негізделген гендердің экспрессиясы туралы қазіргі білімімізді, сондай-ақ жынысқа негізделген экспрессияны талдау кезінде ескеру қажет биологиялық және техникалық факторларды қарастырамыз. Біз сондай-ақ жынысқа негізделген гендердің эволюциясын басқаратын эволюциялық күштерді ашудың қазіргі тәсілдерін талқылаймыз.


Нәтижелер

Дозалық компенсацияны талдау

Зебра финінде Z-байланысты геннің экспрессиясы еркектерге (7,57 º 10,060 F) қарағанда аналықтарда (орташа ≥7,26≥10,056) айтарлықтай төмен болды.1, 2208 =�,2, pπ,0001) (1A сурет). Сонымен қатар, әйелдердегі ген экспрессиясы Z-байланыстырылған гендер (7,26ଐ,056) аутосомды гендерге (7,66ଐ,015 F) қарағанда айтарлықтай төмен болды.1, 19623 =�,9, pπ,0001) (1A сурет). Ерлердің Z-байланысты өрнек (7,57ଐ,060) аутосомды экспрессиядан (7,65ଐ,014 F) айтарлықтай ерекшеленбеді.1, 19623 =𠂡,72, p =𠂠,192). Қатпарлардың өзгеруі (FC, яғни ер/әйел қарқындылығы) аутосомаларға (0,997 º 10,001 F) қарағанда Z (1,31º10,01) үшін айтарлықтай жоғары болды.1, 19623 =�, pπ.0001 2A сурет) және FC-мәндерінің таралуы Z-байланыстырылған және аутосомды ЭСТ-тер үшін айтарлықтай өзгеше болды (pπ.0001 Колмогоров-Смирнов екі үлгілік сынама сурет 3A) .

Ең төменгі 25%-дан ең жоғары 25%-ға дейінгі орташа ген экспрессия қарқындылығы бойынша квартилдерге бөлінгенде және барлық EST үшін деректер келтірілген. Айтарлықтай айырмашылықтар (бπ.05) санаттар арасында (a, b және c) көрсетілген.

Кәдімгі ақ жұлдыру үшін Z-байланысты ген экспрессиясы еркектерге (6,28 ° F10,050 F) қарағанда әйелдерде (6,14 ° 10,048) төмен болды.1, 2208 =𠂣,73, p =𠂠,053) (1В-сурет). Зебра финіндегідей, кәдімгі ақ жұлдырудағы аналық қарқындылық Z-байланыстырылған (6,141, 19623 =�,4, pπ,0001) (1В-сурет). Жалпы ақ жұлдырудағы ерлердің Z-байланысты қарқындылығы (6,28 º 10,050) аутосомды экспрессиядан (6,89 º 10,013 F) айтарлықтай төмен болды.1, 19623 =�, pπ.0001 1B-сурет ) зебра фишкасынан өзгеше үлгі. Қатпардың өзгеруі (FC) Z (1,12'10,005) үшін аутосомаларға қарағанда (0,998 |1, 19623 =�, pπ,0001 2B суреті). Z-байланыстырылған гендер үшін FC таралуы аутосомды таралудан айтарлықтай ерекшеленді (pπ.0001 Колмогоров-Смирнов екі үлгілік сынақ 3B суреті).

Еркектік ген экспрессиясы мен жалпы экспрессия деңгейі арасындағы байланыс

Біз Z хромосомасындағы ген экспрессиясындағы ерлердің ауытқуы геннің жалпы экспрессия деңгейіне қалай қатысты екенін тексердік. Z-байланыстырылған гендердің экспрессиясындағы еркектерге бейімділік дәрежесі геннің орташа экспрессия деңгейлерінің жоғарылауымен өсті және бұл үлгі екі түрде де маңызды болды (1 және ​ және 4-суреттер). 4). Тәуелді айнымалы ретінде ерлердің қарқындылығы және аналық қарқындылығы, хромосома түрі (Z немесе аутосомалық) және тәуелсіз айнымалылар ретінде әрекеттесу термині бар GLM-де өзара әрекеттесу термині өте маңызды болды (зебра финч: pπ,0001, 1-кесте жалпы ақ жұлдыру: p& #x0003c0,0001, 2-кесте). Басқаша айтқанда, ерлердің Z-байланысты экспрессиясы әйел генінің экспрессиясымен ерлердің аутосомды экспрессиясына қарағанда күрт өсті (4-сурет). GLM барлық нәтижелері ең төменгі өрнекпен деректер жиынының 25%-ы жойылған болса да маңызды болып қала берді, сондықтан нәтижелерге микромассивтің анықтау жылдамдығы әсер етпейді. Ерлер мен әйелдердің экспрессия деңгейлері арасындағы сызықтық регрессиялар Z-байланысты өрнектің екі түрдегі де (зебра фишка: β) аутосомды экспрессияға қарағанда тік регрессия еңістері (жоғары ≈x003b2 коэффициенті) бар екенін көрсетті.Z-байланысты =𠂡,068ଐ,005, βаутосомды =𠂠,992ଐ,001 кәдімгі ақ жұлдыру: βZ-байланысты =𠂡,053ଐ,004, βаутосомды =𠂠,998±π,0001) (4-сурет).

1-кесте

ДереккөзIII түрі Шаршы қосындысыdfОрташа шаршыФСиг.Бақыланатын қуат b
Түзетілген үлгі46413,6 а 315471.2626361.2π,0011.00
Кесу0.310.311.20.0010.92
Әйел лог2 қарқындылығы14568.5114568.5589815.6π,0011.00
Хромосома түрі1.811.873.7π,0011.00
Chrom. түрі * Әйел журнал2 int.19.9119.9807.6π,0011.00
Қате284.4115150.0
Барлығы712863.311519
Түзетілген жалпы46698.011518

2-кесте

ДереккөзIII түрі Шаршы қосындысыdfОрташа шаршыФСиг.Бақыланатын қуат b
Түзетілген үлгі39293,4 а 313097.81310155.4π,0011.00
Кесу1.711.7170.4π,0011.00
Әйел лог2 қарқындылығы10846.4110846.41084952.2π,0011.00
Хромосома түрі2.412.4240.7π,0011.00
Chrom. түрі * Әйел журнал2 int.8.018.0797.8π,0011.00
Қате115.2115280.0
Барлығы563563.711532
Түзетілген жалпы39408.611531

Аутосомды ген экспрессиясына қатысты Z-байланысты

Z хромосомасындағы ген экспрессиясының үлгісі аутосомды ген экспрессиясына қалай қатысты екенін бағалау үшін біз Z-байланыстырылған және аутосомды деректер жиынтығын барлық EST-терді орташа журнал бойынша сұрыптау арқылы төрт тең бөлікке (квартилге) бөлдік.2 өрнек (жынысына қарамастан барлық адамдар үшін есептеледі). Содан кейін әрбір квартиль бөлек талданды (1-сурет).

Зебра финінде Z-байланыстырылған әйелдердің өрнектері барлық төрт санаттағы ерлердің Z-байланысқан және аутосомды өрнектерінен айтарлықтай төмен болды (pπ.0001 3-кесте). Еркек Z-байланысты өрнек екінші ең төмен өрнек (p =𠂠.013) бар квартилде орташа аутосомды өрнектен сәл (бірақ айтарлықтай) төмен, ал екінші ең жоғары өрнек (p =𠂠.013) бар квартилде сәл жоғары болды (p =𠂠.013). x0200a=𠂠,008 3-кесте). Тұтастай алғанда, ерлер генінің экспрессиясы аутосомалардың экспрессиясына жақын болды, ал әйел экспрессиясы геннің ең төменгі экспрессиясы бар квартилде ғана аутосомды экспрессияға жақын болды, содан кейін ерлердің Z-байланысқан және аутосомалық гендермен салыстырғанда жоғары орташа экспрессиямен біртіндеп төмендеді (сурет). 1A). Ген экспрессиясының төрт квартиліне арналған Z-байланысты орташа аутосомды экспрессияның орташа арақатынасы (Z:A қатынасы) әйелдерде 0,98 және 0,94 (жоғары квартилде ең төменгі қатынас) және ерлерде 0,99 және 1,01 аралығында болды.

3-кесте

әйел Зер Зәйелдік аутосомалараталық аутосомалар
ең төменгі 25%
орташа log2 өрнегі5.075.185.195.2
стандартты қате0.020.0220.0080.008
әйел Z және ер Z: F =�,3 Pπ,0001
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,6 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =𠂡,06 P =𠂠,304
2-ші ең төменгі 25%
орташа log2 өрнегі6.286.546.626.62
стандартты қате0.0290.0330.0090.009
әйел Z және ер Z: F =�,3 Pπ,0001
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,9 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =𠂦,24 P =𠂠,013
2-ші ең жоғары 25%
орташа log2 өрнегі7.938.338.278.24
стандартты қате0.0360.0410.0090.009
әйел Z және ер Z: F =�,5 Pπ,0001
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,2 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =𠂧,03 P =𠂠,008
ең жоғары 25%
орташа log2 өрнегі9.7610.310.410.3
стандартты қате0.0540.0540.0190.019
әйел Z және ер Z: F =�,2 Pπ,0001
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,4 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =𠂢,41 P =𠂠,121

Жалпы ақ жұлдыруда Z-байланыстырылған өрнек барлық төрт квартилде екі жыныстағы аутосомды экспрессиядан айтарлықтай төмен болды (pπ.0001 4-кесте 1B суреті). Әйел Z-байланысты өрнек ең жоғары өрнек қарқындылығы бар үш топта ер Z-байланысты өрнектен айтарлықтай төмен болды (ең жоғары және екінші ең жоғары үшін pπ,0001 және екінші ең төменгі топ үшін p =𠂠,002) бірақ ең төменгі квартилде айтарлықтай ерекшеленбейді (p =𠂠,223 4-кесте 1В сурет). Ген экспрессиясының төрт квартиліне арналған Z:A арақатынастары әйелдерде 0,93 пен 0,89 (жоғары квартилде ең төменгі қатынас) және ерлерде 0,93 пен 0,92 аралығында болды.

4-кесте

әйел Зер Зәйелдік аутосомалараталық аутосомалар
ең төменгі 25%
орташа log2 өрнегі4.284.324.624.63
стандартты қате0.0230.0220.0230.01
әйел Z және ер Z: F =𠂡,48 P =𠂠,223
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,2 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =�,3 Pπ,0001
2-ші ең төменгі 25%
орташа log2 өрнегі5.475.566.016.01
стандартты қате0.0190.020.0060.006
әйел Z және ер Z: F =𠂩,91 P =𠂠,002
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,5 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =�,7 Pπ,0001
2-ші ең жоғары 25%
орташа log2 өрнегі6.526.657.197.19
стандартты қате0.0430.0440.0130.013
әйел Z және ер Z: F =�,6 Pπ,0001
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,5 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =�,6 Pπ,0001
ең жоғары 25%
орташа log2 өрнегі8.328.69.329.32
стандартты қате0.0630.0640.0230.023
әйел Z және ер Z: F =𠂩,88 Pπ,0001
әйел Z аутосомаларға қарсы: F =�,3 Pπ,0001
ер Z аутосомаларға қарсы: F =�,3 Pπ,0001

Жалпы ақ жұлдырудағы реттілік дивергенциясы

Біздің түрлер арасындағы салыстырмалы геномды будандастыру (CGH) зерттеуімізде [62] Z-байланысты гендер (9,82ଐ,040) үшін айтарлықтай будандастырушы зондтардың орташа саны (мүмкін болатын 11 зонд) гибридтейтін зондтардың орташа санынан айтарлықтай төмен болды. аутосомалар бойынша (10,23º10,009 F1, 19615, pπ,0001). Бұл нәтиже Z-де дәйектілік эволюциясының жоғары жылдамдығын көрсетеді. Осылайша, біздің жалпы ақ жұлдыру өрнек деректеріне аутосомаларға қарағанда Z хромосомасындағы реттілік дивергенциясының біршама жоғары дәрежесі әсер етуі мүмкін. Сондықтан біз жалпы ақ жұлдыру үшін деректер жинағын қайта талдадық, бұл жолы алдыңғы CGH зерттеуіндегі [62] массивіндегі әрбір EST үшін 11 зондтың барлығында маңызды будандастыруға ие болған EST-терді ғана қолдандық. Бұл деректер жинағы 10370 аутосомды және 443 Z-байланысты ЭСтерді қамтиды. Бұл шектеулі деректер жиынтығы үшін нәтижелер сандық түрде өзгеріссіз қалды. Алайда, күткендей, егер Z аутосомаларға қарағанда тезірек дамитын болса, Z-байланысты экспрессия белгілі бір дәрежедегі дәйектілік дивергенциясы бар EST-терді жоюға көбірек әсер етті (әйелдердің Z-байланысты қарқындылығы орта есеппен 8,4% жоғары және ерлердің Z-байланысты қарқындылығы 8,6%) жоғары, ал аутосомды экспрессия қарқындылығы екі жыныста тек 5,0% жоғары болды).


Алғыс

Авторлар Дрозофила популяциялық геномика жобасына (DPGP) осы деректерді қол жетімді еткені үшін алғыс білдіреді. Олар Питер Китлиге DFE-альфаны іске қосу үшін есептеу құралдарына қол жеткізгені үшін және пайдалы пікірлері үшін Андреа Бетанкур, Питер Андольфатто және екі шолушыға алғыс айтады.

Қаржыландыру туралы мәлімдеме

J.L.C. Ұлыбританияның биотехнологиялар және биологиялық ғылымдар зерттеу кеңесінің грантының қолдауымен Б. (грант № BB/H006028/1). В.А. Испанияның Білім министрлігінің стипендиясымен қолдау тапты.

Авторлардың үлестері

В.А. және б.з.б. зерттеуді ойластырып, жобалады. В.А. және J.L.C. мәліметтерді жинақтап, талдады. V.Á., J.L.C. және б.з.б. деректерді түсіндірді. б.з.д. қолжазбаны әзірледі және барлық авторлар соңғы қолжазбаға үлес қосты және бекітті.

Мүдделер қақтығысы

Авторлар бәсекелес мүдделер туралы мәлімдемейді.


  • APA
  • Автор
  • BIBTEX
  • Гарвард
  • Стандартты
  • RIS
  • Ванкувер

In: Биология хаттары, том. 11, No 4, 20150117, 04.2015 ж.

Зерттеу нәтижесі: Журналға қосқан үлесі › Мақала › рецензия

T1 - Дрозофиладағы адаптивті ақуыз тізбегі эволюциясының жылдамдығына жынысқа негізделген ген экспрессиясының және X-байланыстың әсері

N2 - аутосомды гендермен салыстырғанда X-байланысты гендердің адаптивті эволюциясының жылдам қарқыны жаңа рецессивті немесе ішінара рецессивті тиімді мутациялардың (Faster-X эффектісі) фиксациясымен туындауы мүмкін. Бұл әсер тек ерлердің фитнесіне әсер ететін мутациялар үшін ең үлкен болады және тек әйелдер фитнесіне әсер ететін мутациялар үшін жоқ болады деп күтілуде. Біз бұл болжамдарды Drosophila melanogaster-те жынысқа негізделген экспрессияның әртүрлі деңгейлері бар гендерді пайдалану және полиморфизм мен дивергенция деректерінен синонимдік емес мутациялардың бейімделу эволюциясының дәрежесін бағалау арқылы тексердік. Біз Faster-X әсерін де, ерлерге бағытталған ген экспрессиясының әсерін де анықтадық. Екі әсердің арасындағы күшті байланысқа ешқандай дәлел жоқ - ерлерге бағытталған ген экспрессиясының қарапайым деңгейі аутосомаларда да, Х хромосомаларында да адаптациялық эволюция жылдамдығын арттырды, бірақ Faster-X әсері бейтарап гендер үшін де, әйелдер үшін де орын алды. бейтарап гендер. Генетикалық рекомбинация жылдамдығы Faster-X әсерінің шамасына әсер етпеді, бұл оның Х-байланысты гендер үшін Хилл-Робертсон кедергісін аз көрсету мүмкіндігін жоққа шығарады.

AB - аутосомды гендермен салыстырғанда X-байланысты гендердің адаптивті эволюциясының жылдам қарқыны жаңа рецессивті немесе ішінара рецессивті тиімді мутациялардың (Faster-X эффектісі) фиксациясымен туындауы мүмкін. Бұл әсер тек ерлердің фитнесіне әсер ететін мутациялар үшін ең үлкен болады және тек әйелдер фитнесіне әсер ететін мутациялар үшін жоқ болады деп күтілуде. Біз бұл болжамдарды Drosophila melanogaster-те жынысқа негізделген экспрессияның әртүрлі деңгейлері бар гендерді пайдалану және полиморфизм мен дивергенция деректерінен синонимдік емес мутациялардың бейімделу эволюциясының дәрежесін бағалау арқылы тексердік. Біз Faster-X әсерін де, ерлерге бағытталған ген экспрессиясының әсерін де анықтадық. Екі әсердің арасындағы күшті байланысқа ешқандай дәлел жоқ - ерлерге бағытталған ген экспрессиясының қарапайым деңгейі аутосомаларда да, Х хромосомаларында да адаптациялық эволюция жылдамдығын арттырды, бірақ Faster-X әсері бейтарап гендер үшін де, әйелдер үшін де орын алды. бейтарап гендер. Генетикалық рекомбинация жылдамдығы Faster-X әсерінің шамасына әсер етпеді, бұл оның Х-байланысты гендер үшін Хилл-Робертсон кедергісін аз көрсету мүмкіндігін жоққа шығарады.


Генетикалық зерттеу жыныстық айырмашылықтарды зерттеуді жаңа биіктерге көтереді

Кембридж, MA -- Жануарлар патшалығында ерлер мен әйелдер жыныстық диморфизмді жиі көрсетеді: тән белгілердегі айырмашылықтар оларды ажыратуды жеңілдетеді. Сүтқоректілерде ең көп тараған жынысты бейімді белгілердің бірі - бұл өлшем, еркектер әдетте аналықтарға қарағанда үлкенірек. Бұл адамдарға қатысты: ерлер орташа алғанда әйелдерге қарағанда жоғары. Дегенмен, ерлер мен әйелдер арасындағы биологиялық айырмашылықтар бой сияқты физикалық белгілермен шектелмейді. Олар ауру кезінде де жиі кездеседі. Мысалы, әйелдерде аутоиммундық аурулардың пайда болу ықтималдығы әлдеқайда жоғары, ал ерлерде жүрек-қан тамырлары аурулары жиі кездеседі.

Бұл жыныстық бейімділіктердің кең таралған сипатына және олардың медициналық зерттеулер мен емдеуге елеулі әсер етуіне қарамастан, тән белгілерде немесе ауруда жыныстық айырмашылықтарды тудыратын негізгі биология туралы аз мәлімет бар. Түсінудегі осы олқылықты жою үшін Уайтхед институтының директоры Дэвид Пейдж соңғы жылдардағы зертханасының назарын X және Y жыныстық хромосомаларды зерттеуден бүкіл денедегі жыныстық айырмашылықтардың кеңірек биологиясын түсінуге айналдырды. жылы жарияланған мақалада Ғылым 19 шілдеде Пейдж, сонымен қатар Массачусетс технологиялық институтының (MIT) биология профессоры және Ховард Хьюз медициналық институтының зерттеушісі Сахин Накви, бірінші автор және MIT-тің бұрынғы аспиранты (қазір Стэнфорд университетінде докторантурадан кейінгі зерттеуші) және әріптестері. гендердің экспрессиясындағы жыныстық бейімділіктерді кең ауқымды зерттеудің нәтижелері, белгілі бір гендер әйелдерге қарсы еркектерде экспрессияланатын деңгейлердегі айырмашылықтарды анықтады.

Зерттеушілердің нәтижелері сүтқоректілердің бес түріндегі, соның ішінде адамдарды да қамтитын он екі ұлпа түрін қамтиды және жыныстық бейтарап гендердің тіркесімі ерлер мен әйелдер арасындағы орташа биіктік айырмашылығының шамамен 12 пайызын құрайтынын анықтауға әкелді. Бұл нәтиже жыныстық айырмашылықтарға ықпал етуде жыныстық бейтарап ген экспрессиясының функционалды рөлін көрсетеді. Зерттеушілер сонымен қатар гендердің экспрессиясындағы жыныстық бейімділіктердің көпшілігі сүтқоректілер түрлері арасында бөлінбейтінін анықтады, бұл кейбір жағдайларда ауруға ықпал етуі мүмкін жыныстық гендердің экспрессиясы медициналық зерттеулерде үлгі ретінде пайдаланылатын адамдар мен жануарлар арасында әр түрлі болуы мүмкін деген болжам жасайды.

Әр жыныста әртүрлі деңгейде көрсетілген бірдей геннің болуы - 46-шы хромосоманы (еркектердегі Y немесе аналық жынысты) қоспағанда, түрдегі аталық пен аналық генетикалық ұқсастыққа қарамастан, белгілердегі жыныстық айырмашылықтарды жалғастырудың бір жолы. әйелдердегі екінші X), жыныстар бірдей гендер қорын бөліседі. Мысалы, егер ұзын бойлы ата-ана бойдың өсуімен байланысты генді ұл мен қызға берсе, бірақ геннің еркектік экспрессиясы болса, онда бұл ген ұлда жоғарырақ көрінеді және осылайша көбірек ықпал етуі мүмкін. ұлына қызына қарағанда биіктік.

Зерттеушілер адамдардың, макакалардың, тышқандардың, егеуқұйрықтар мен иттердегі дененің тіндеріндегі жынысқа бейімді гендерді іздеді және олар әрбір ұлпада жүздеген мысалдарды тапты. Олар белгілердегі жыныстық айырмашылықтарға сексуалдық ген экспрессиясының үлесін бірінші рет көрсету үшін биіктікті пайдаланды, өйткені бой өлшеуге оңай және сандық генетикада қатты зерттелген қасиет.

«Жыныстық гендік экспрессияның биіктікке ықпалын табу қызықты, өйткені бойдың детерминанттарын анықтау классикалық, ғасырлық мәселе, бірақ жыныстық айырмашылықтарды осы жаңа жолмен қарау арқылы біз жаңа түсініктер бере алдық», - дейді Пейдж. «Менің үмітім, біз және басқа зерттеушілер жыныстық қатынасты көрсететін аурулар туралы жаңа түсінік алу үшін осы модельді қайталай аламыз».

Бой өте жақсы зерттелгендіктен, зерттеушілер биіктікке әсер ететін жүздеген гендердің идентификациясы туралы жалпыға ортақ деректерге қол жеткізді. Накви осы бойлық гендердің қаншасы зерттеушілердің жыныстық бейтарап гендер туралы жаңа деректер жинағында пайда болғанын және гендердің жыныстық бейімділіктері бойға күтілетін әсерлерге сәйкес келетінін білуге ​​шешім қабылдады. Ол жынысқа негізделген ген экспрессиясы ерлер мен әйелдердің орташа бойлық айырмашылығына шамамен 1,6 сантиметр немесе жалпы байқалған айырмашылықтың 12% ықпал ететінін анықтады.

Зерттеушілердің тұжырымдарының ауқымы биіктіктен асып түседі. Олардың дерекқорында мыңдаған жыныстық бейтарап гендер бар. Олар каталогтаған жыныстық бейтарап гендердің төрттен бірінен сәл азы ерте сүтқоректілердің ата-бабаларында жыныстық бейімділікті дамытқанға ұқсайды және бүгінгі күні зерттелген бес түрдің кем дегенде төртеуінде жыныстық бейімділік сақталды. Гендердің көпшілігі жыныстық бейімділіктерін жақында дамытқан сияқты және кеміргіштер немесе приматтар сияқты бір түрге немесе белгілі бір тұқымға тән.

Жануарлар үлгілерін пайдалана отырып, медициналық және фармацевтикалық зерттеулер үшін ерекше маңызды мәселе жынысқа бейтарап геннің түрлер арасында бөлінуі болып табылады. Мысалы, алдыңғы зерттеулер әйелдерде 2 типті қант диабетінің қаупін арттыратын белгілі бір генетикалық нұсқаларды анықтады, бірақ дәл сол нұсқалар тышқандарда 2 типті қант диабетінің қаупін кездейсоқ арттырады. Сондықтан тышқандар адамдардағы осы жыныстық айырмашылықтың генетикалық негізін зерттеуге жақсы үлгі бола алмайды. Жануар ауруында адамдар сияқты жыныстық айырмашылыққа ие болып көрінсе де, жыныстық қатынасқа бейім гендер әртүрлі болуы мүмкін. Жыныстық бейімділіктің көпшілігі түрлер арасында ортақ емес деген тұжырымға сүйене отырып, Пейдж және әріптестер зерттеушілерді геннің экспрессия деңгейінде жыныстық айырмашылықтарды зерттеу үшін жануар үлгісін таңдағанда абай болуға шақырады.

«Біз жыныстық айырмашылықтарды зерттеуде жануарлардың үлгілерінен аулақ болуды айтып отырған жоқпыз, тек жануарда байқалған белгі немесе аурудың астарында жыныстық гендік экспрессия адамдардағы сияқты болады деп қабылдамаймыз. Енді зерттеушілерде түрлер мен тіндерге қатысты деректер бар болғандықтан, олар оны жануарлар үлгілерінің нәтижелерін түсіндіру үшін пайдаланады деп үміттенеміз », - дейді Накви.

Зерттеушілер сондай-ақ жыныстық хромосомаларда кездеспейтін гендердің сексуалдық экспрессиясының нақты себебін зерттей бастады. Накви жынысты біржақты көрсетуге мүмкіндік беретін механизмді ашты: жыныстық транскрипция факторлары, ген экспрессиясын реттеуге көмектесетін ақуыздар арқылы. Транскрипция факторлары мотивтер деп аталатын белгілі бір ДНҚ тізбегімен байланыстырады және ол белгілі бір жынысқа бейім гендердің промоторлық аймақтарында, ген экспрессиясын қосатын ДНҚ бөлімдерінде жыныстық бейтарап транскрипция факторының мотиві бар екенін анықтады. Бұл, мысалы, ерлердің біржақты транскрипция факторы промоторлық аймақпен таңдамалы түрде байланыстырылғанын және осылайша, ерлердің біржақты гендерінің экспрессиясын арттыратынын білдіреді - және сол сияқты әйелдерге бейтарап транскрипция факторлары мен әйелдерге бейімді гендер үшін. Транскрипция факторларын не реттейтіні туралы сұрақ одан әрі зерттеу үшін қалады, бірақ барлық жыныстық айырмашылықтар, сайып келгенде, жыныстық хромосомалармен немесе жыныстық гормондармен бақыланады.

Зерттеушілер бұл жұмыстың ұжымдық нәтижелерін болашақ жыныстық айырмашылықтарды зерттеу үшін негіз ретінде қарастырады.

«Біз бүкіл денедегі жыныстық көзқарастарды жүйелі түрде түсіну үшін инфрақұрылымды құруды бастаймыз», - дейді Пейдж. «Бұл деректер жинақтары одан әрі зерттеулер үшін пайдаланылады деп үміттенеміз және бұл жұмыс адамдарға ерлер мен әйелдер биологиясындағы молекулалық айырмашылықтарды зерттеу қажеттілігі мен құндылығын көбірек бағалайды деп үміттенеміз».

Бұл жұмысқа Биоген, Уайтхед институты, Ұлттық денсаулық институттары (грант нөмірлері R01HG007852 және U01HG007857), Ховард Хьюз медициналық институты, Брит пен Александр д'Арбелофф пен Артур В. және Кэрол Тобин Бриллдің жомарт сыйлықтары қолдау көрсетті.

Дэвид Пейдждің негізгі серіктестігі - оның зертханасы орналасқан және оның барлық зерттеулері жүргізілетін Уайтхед биомедициналық зерттеулер институты. Ол сонымен қатар Ховард Хьюз медициналық институтының зерттеушісі және Массачусетс технологиялық институтының биология профессоры.


Түр аралық гибридті транскриптомдардың кең тараған қате реттелуінің негізінде жынысқа тән және жыныстық хромосоманың реттеуші эволюциясы жатыр.

Гендік реттеу желілері түрлер арасында алшақ болған кезде, олардың түр аралық гибридті даралардағы дисфункционалды экспрессиясы ішкі зиготикалық репродуктивті оқшаулануға жауап беретін даму ақауларының негізінде жатқан генетикалық үйлесімсіздіктерді тудыруы мүмкін. Алшақтық cis- және транс- әрекет ететін реттеуші бақылаулар ген экспрессиясы бойынша тұрақтандыратын селекцияға, бейімделумен, жыныстық іріктеумен және жыныс аралық қақтығыстармен бағытталған таңдау арқылы жеделдетілгеніне қарамастан дамиды. Дисфункциялық жынысқа бейтарап ген экспрессиясы, әсіресе, гетерогаметикалық жыныс үшін күтілетін неғұрлым ауыр реттелумен бірге генетикалық үйлесімсіздіктің маңызды көзін қамтамасыз етуі мүмкін. Мұнда біз бауырлас түрлері үшін ерлер мен әйелдердің транскриптомдық профильдерін сипаттаймыз және салыстырамыз Каеноргабдит нематодтар, C. briggsae және C. nigoni, және олардың F-дегі аллельге тән өрнек1 гибридтер экспрессиялық дивергенция және реттеуші дисфункция ерекшеліктерін ажырату үшін. Гендердің экспрессиясы бойынша кең таралған тұрақтандырушы таңдаудың дәлелдеріне қарамастан, біз F-де жынысқа бейім гендердің кең реттелуін табамыз.1 «үлкен-X» әсерін қолдайтын Х-хромосома үшін ең айқын және гибридті аналықтарға пропорционалды емес әсер ету арқылы күтуге қарсы тұратын гибридтер. Гибридті ерлердің қате экспрессиясы үлкенірек, сперматогенез гендері әсіресе экспрессияда да, кодтау ретінде де жоғары дивергенцияға бейім, бұл Гибридті аталықтардың жоғары стерильділігін түсіндіре алады, бұл Халден ережесі үшін «тезірек еркек» және «нәзік еркек» үлгілеріне сәйкес келеді. Реттеу және кодтаушы дивергенция жалпы алғанда әлсіз корреляцияға ие, алайда әйелдердегі ерлер гендерінің төмендеуіне әсер етеді. транс-жыныстық қақтығыстарды эволюциялық шешудегі әрекет етуші модификаторлар. Бұл жұмыс жыныстар арасындағы маңызды айырмашылықтарды анықтайды, реттеуші желілер қалай ажыратылады, бұл генетикалық үйлесімсіздіктердің спецификалау процесі кезінде қалай көрінетінінде жынысқа бейімділікке ықпал етеді.

Автордың қысқаша мазмұны Түрлердің айырмашылығына қарай белгілерге әсер ететін көптеген мутациялар ген экспрессиясын өзгерту арқылы жасайды. Мұндай гендік реттеуші өзгерістер мутацияның көптеген реттеуші элементтерге компенсаторлық әсерлеріне байланысты статикалық белгілерді бақылауда да жинақталады. Теория осы өзгерістердің көпшілігін түр аралық будандар гендердің дисфункциясына әкеліп соқтырады, бұл фитнестің төмендеуіне әкеліп соқтырады, жыныстық хромосомаларға пропорционалды емес әсер етеді және жынысқа негізделген ген экспрессиясы. Біздің геномдық экспрессия деректерін талдау Каеноргабдит Нематодтың дөңгелек құрттары бұл болжамдарды қолдайды. Біз кең морфологиялық стазға және сақталған жалпы экспрессиялық профильдерге қарамастан, гендік реттеудің кең тарағанын байқаймыз, бұл осы жануарларға тән белгі. Екі жыныстағы экспрессияның дұрыс реттелуі Х-хромосомамен байланысқан гендер үшін ең ауыр болып табылады, сперматозоидтар гендер дивергенцияның ерекше белгілерін көрсетеді және реттеуші эволюциядағы жыныстар арасындағы айырмашылықтар ген экспрессиясына қатысты шешілген тарихи жыныстық қақтығыстарды білдіреді. Бұл жұмыс реттеуші желілердің ерекше құрамдас бөліктері қалай дамитынын және спецификация процесінде генетикалық сәйкессіздіктердің көрінісінде жыныстық айырмашылықтарға ықпал ететінін түсіндіреді.


Жыныстық теңдік

Әртүрлі түрлер ерлер мен әйелдер арасындағы Х хромосомасының дозасындағы диспропорциямен күресу үшін таңқаларлық әртүрлі стратегияларды әзірледі: XX аналық сүтқоректілерде екі Х хромосомасының бірі кездейсоқ инактивацияланған XX гермафродит нематодтары әрбір Х хромосомасынан және аталықтан экспрессияны екі есе азайтады. Дрозофила соматикалық жасушаларда олардың жалғыз Х хромосомасынан қосарланған экспрессия [2, 3]. Бұл дозаны компенсациялау механизмдері екі жыныстың соматикалық тіндеріндегі Х-байланысты гендердің көшірмелерінің саны арасындағы айырмашылықты теңестіруге қызмет етеді.

Париждегі Пастер институтынан Филипп Авнер: «Қазір біз бұл түрлердің дозаны өтеу үшін әртүрлі тәсілдерді қолданатынын білсек те, бұл негізінен хроматин негізіндегі модификациялардың шектеулі тобымен басқаша ойнау болып табылады», - дейді Париждегі Пастер институтынан Филип Авнер. Сүтқоректілерде X инактивациясы экспрессияны қажет етеді Xist ген, ол белсенді емес Х хромосомасын жабатын үлкен, кодталмаған РНҚ шығарады [3]. Белсенді емес Х ДНҚ метилденуі, гистон гипоацетилденуі, кеш репликация және гистон макроН2А нұсқасында байытылуымен сипатталады. гипертранскрипциясы Дрозофила Соматикалық жасушалардағы Х хромосомасы 'еркектерге тән өлімге әкелетін (msl) локустар, олар лизин 16 (H4 K16) бойынша H4 гистонын ацетилдейтін гистонды өзгертетін MSL кешенін кодтайды [4].

«Х/автосомалық доза мәселесіне аз көңіл бөлінді», - дейді Авнер. «X инактивациясы аутосомды ген өнімдерімен салыстырғанда X-байланысты ген өнімдерінің екі есе азаюына әкеледі деп күтілуде. Гапложетімсіздік бүкіл X үшін априори организм үшін апатты болады және ерте эмбриональды даму кезінде өлімге әкеледі деп күтілуде." Гаплоин жеткіліксіздігі Гупта мен оның әріптестері шешуге кіріскен мәселе болды. "Жыныс сызығының дозасын өтеу механизмі үшін дәлелдер жетіспеді", - дейді Гупта сілтеме жасай отырып. екенін көрсететін зерттеулер Дрозофила X хромосомалары MSL кешендерімен қапталмаған немесе еркек жыныс жасушаларында H4 K16 гиперацетилденген жоқ [5] (жұмыстың негіздемесі туралы толығырақ «Сахна артында» жолағын қараңыз). «Сонымен қатар, Парижи т.б. [6] рибосомалық ақуызды кодтайтын гендердің бір бөлігі аталық безде де, аналық безде де бірдей экспрессияланатынын көрсетті және біз XAA және XXAA ісіктері гендердің экспрессиялық профильдерін өте ұқсас көрсететінін көрдік, - деп қосады Гупта. «Мен бұл мәселе туралы содан бері ойлап жүрмін. Мен 80-ші жылдардың аяғында аспирант болдым, - деп есіне алады Қант диабеті және ас қорыту және бүйрек аурулары ұлттық институтында (АҚШ) жетекшілік ететін Брайан Оливер. «Микромассивтер пайда болғанға дейін біз шынымен жақсы жолды көрмедік. do a convincing experiment."


Әдістері

Insect materials

Anastatus disparis colonies were first established from a population reared on Lymantria dispar egg masses collected in the wild and subsequently maintained on Antheraea pernyi eggs [43, 44]. Көпшілігі A. disparis adults emerge daily in the morning, primarily from 9:00 a.m. to 10:00 a.m., and we collected adults during this period.

RNA extraction

We collected 15 adults of each sex for each of three replicates and snap-froze them in liquid nitrogen. TRIzol reagent (Invitrogen, USA) was used for extracting RNA from each group following the manufacturer’s protocol. Non-denaturing agarose gel electrophoresis and a Nanodrop 2000 spectrophotometer (Thermo Scientific, USA) were used to assess the quality and quantity of the isolated RNA, respectively. The A260/280 values were all above 2.0, and electrophoresis of the RNA samples demonstrated that the 28S and 18S rRNA were intact.

Transcriptome sequencing and read assembly

A total of 3 μg of total RNA from each sample was converted into cDNA using the NEBNext® Ultra™ RNA Library Prep Kit for Illumina® (NEB, USA). Consequently, we constructed 6 cDNA libraries derived from three adult females and three adult males of A. disparis. To generate the raw reads, cDNA libraries were tagged with different adapters and then sequenced on the Illumina HiSeq 2000 platform by Beijing Biomarker Technologies Co., Ltd. Besides, an index was inserted into Illumina adapters so that all samples can be sequenced in a single lane. Approximately 8.6 Gb of paired-end reads were produced for each RNA-seq sample, and the library sizes of males and females were similar. Then, reads containing adapter, poly-N reads and low-quality reads were removed from the raw data by FASTX-Toolkit (http://hannonlab.cshl.edu/fastx_toolkit/), resulting in approximately 7.24 Gb of clean reads from each sample. The Q30 percentage was higher than 88.72% for each sample, indicating the high quality of the sequences. The high-quality reads from the six samples were pooled and assembled using Trinity software (v2.5.1) with the default parameters [82]. We chose the longest isoform of each gene to construct the unigene set. After the isoforms were selected, the assembled transcripts were predicted to be the unigenes produced. Bowtie2 was used to align the reads to the unigenes [83]. A total of 225,389 unigenes were produced the N50 size of the unigenes was approximately 715 bp, and the mean unigene length was 570.38 bp (Table S8).

Gene expression and functional annotation

Using our assembled transcriptome as a reference, we identified putative genes expressed in males and females by RSEM [84] using the FPKM method. Functional annotation was performed by sequence similarity searching with an Е-value cutoff of 10 − 5 using Blastx against 8 public databases: Clusters of Orthologous Groups (COG), euKaryotic Orthologous Groups (KOG), egg NOG (v4.5), Protein family (Pfam), Swiss-Prot, NCBI non-redundant protein sequences (nr), KEGG Ortholog (KO) and GO.

Differentially expressed genes (DEGs) and enrichment analyses

DEGs were identified using the DESeq2 package (v1.6.3) in R, and RSEM reads were incorporated into DESeq2 using tximport [85]. Genes with at least 2-fold expression changes and an FDR < 0.01 were considered differentially expressed. The GOseq R package [86] was used to determine the statistical enrichment of DEGs in the GO subcategories, and an adjusted Q-value < 0.05 was chosen as the significance cutoff.

QRT-PCR

The expression levels of the DEGs identified in the transcriptomic analysis were evaluated by qRT-PCR. Following the abovementioned protocols, RNA from each sample group was extracted, and the concentration was measured. Then, the PrimeScript RT Reagent Kit (TaKaRa Japan) was used to synthesize first-strand cDNA using 0.5 mg of total RNA as a template. The resultant cDNA was diluted to 0.1 mg/ml for subsequent qRT-PCR analysis (ABI StepOne Plus USA) using SYBR Green Real-Time PCR Master Mix (TaKaRa Japan). Primers for the selected genes (Table S9) were designed using Primer Express 2.0 software. Each reaction mixture contained 0.4 μL of each primer (10 μmol/μL), 10 μL of 2 × SYBR Green Master Mix, and 2 μL of cDNA template, with water added to yield a final volume of 20 μL. The cycling parameters were 95 °C for 30 s followed by 40 cycles of 95 °C for 5 s and 62 °C for 34 s. To evaluate nonspecific product amplification, the reaction was followed by a melting curve protocol (65 °C to 95 °C in increments of 0.5 °C every 5 s). Relative gene expression was calculated by the 2 -ΔΔCt method. The housekeeping gene translation elongation factor 1-α (EF1A) was used as a reference to eliminate sample-to-sample variation in the initial cDNA samples.

Longevity assay

For the longevity assays, males and females (1 day old) were selected at 10:00 a.m. Each male was isolated individually in a cylindrical box (height: 5 cm, diameter: 10 cm) and received honey water daily (honey: water = 2:3 vol/vol). Each male was inspected twice daily, at 10 a.m. and 10 p.m., and the date of death of each male was recorded.

Статистикалық талдау

Prior to analysis, the raw data were tested for normality and homogeneity of variances using Kolmogorov-Smirnov and Levene’s tests, respectively, and the data were transformed where necessary. The qRT-PCR data of gene expression were compared between males and females with independent т-тесттер. Survival analysis was applied to analyse the sex difference in longevity. All statistical analyses were performed using SPSS software (version 20).


Бейнені қараңыз: Дигибридті будандастыру. 9 сынып. (Қаңтар 2022).