研究揭示六倍體銀鯽兩個重復(fù)的gsdf部分同源基因協(xié)同調(diào)控雄性分化機制

多倍化為基因組演化提供了額外染色體組，在物種遺傳多樣性增加、性狀革新以及生態(tài)適應(yīng)性等方面發(fā)揮重要作用，是生物多樣性產(chǎn)生的重要驅(qū)動力。盡管人們對多倍化后重復(fù)基因的表達模式和演化命運進行了廣泛探索，但重復(fù)基因在多倍體中如何共同調(diào)控生物學(xué)過程還有待研究。

近日，中國科學(xué)院水生生物研究所桂建芳院士團隊，以六倍體銀鯽為研究對象，鑒定了兩個重復(fù)的gsdf（gonadal somatic cell-derived factor）部分同源基因：gsdf-A和gsdf-B，其中每個部分同源基因均包含三個高度保守的等位基因。他們發(fā)現(xiàn)gsdf-A和gsdf-B在雄性性腺的體細胞中大量表達，gsdf-A的轉(zhuǎn)錄主要受dmrt1-A激活，gsdf-B的轉(zhuǎn)錄主要受dmrt1-B激活。單獨敲除gsdf-A或gsdf-B會導(dǎo)致部分遺傳型雄性發(fā)生雄性向雌性的性逆轉(zhuǎn)；且在gsdf-A突變體中存在gsdf-B的補償性表達，在gsdf-B突變體中存在gsdf-A的補償性表達。同時敲除gsdf-A和gsdf-B則導(dǎo)致所有遺傳型雄性發(fā)生雄性向雌性的性逆轉(zhuǎn)，且這種性逆轉(zhuǎn)可以通過芳香化酶抑制劑處理來挽救。

隨后，研究人員通過酵母雙雜交等分子互作研究手段，在體外證明Gsdf-A和Gsdf-B都可以與Ncoa5（nuclear receptor coactivator 5）結(jié)合，并阻斷Ncoa5與Rora（retinoic acid-related orphan receptor-alpha）的相互作用，從而抑制Rora和Ncoa5對cyp19a1a的轉(zhuǎn)錄激活。

該研究揭示了六倍體銀鯽Gsdf-A和Gsdf-B通過抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄來協(xié)同調(diào)控六倍體銀鯽雄性分化，且體外研究證明Gsdf-A和Gsdf-B可以通過與Ncoa5相互作用來抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄 (圖1)。該研究是展示多倍體重復(fù)基因協(xié)同調(diào)控機制的一個典型案例，同時也為多倍體性別分化機制演化提供了創(chuàng)新見解。

圖1 gsdf-A/gsdf-B介導(dǎo)銀鯽雄性分化的假想分子機制

在含有雄性標記（MSM+）個體中，高表達的gsdf-A和gsdf-B可抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄，從而誘導(dǎo)Sertoli細胞發(fā)育和雄性發(fā)生。在不含有雄性標記（MSM-）個體中，低表達的gsdf-A和gsdf-B不能抑制cyp19a1a轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致雌激素產(chǎn)生、顆粒細胞發(fā)育和雌性發(fā)生。體外研究結(jié)果表明Gsdf-A和Gsdf-B與Ncoa5相互作用并阻斷Ncoa5與Rora的相互作用，從而抑制Rora/Ncoa5對cyp19a1a的轉(zhuǎn)錄激活。

論文鏈接：

https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1010288