文章題目：A genetic switch for male UV iridescence in an incipient species pair of sulphur butterflies

發(fā)表期刊：PNAS（IF：11.205）

涉及青島歐易技術(shù)：2b-RAD

研究概述

紫外線虹彩（UV?iridescence）是一個(gè)求偶信號(hào)，只在Colias eurytheme的雄性個(gè)體中出現(xiàn)。初生種（incipient species）處于物種形成的中間階段，生殖隔離被基因流的同質(zhì)化效應(yīng)抵消。人類(lèi)活動(dòng)有時(shí)會(huì)導(dǎo)致這類(lèi)物種重新結(jié)合，如Colias eurytheme與Colias philodice形成了大量雜交種群。本研究表明性染色體保持這些物種的獨(dú)特性，而其余的基因組是混合的。性染色體顯著地決定了哪些雄性在它們的翅膀上向雌性顯示明亮、彩虹色的紫外線信號(hào)。遺傳圖譜、抗體染色和CRISPR基因敲除共同表明，bric a brac（bab）基因控制是否形成紫外彩虹色納米結(jié)構(gòu)，說(shuō)明了該基因如何調(diào)節(jié)雄性求偶信號(hào)。

樣本選擇

重測(cè)序：13個(gè)Colias eurytheme?UV雄性和9個(gè)Colias philodice非UV雄性個(gè)體

2b-RAD：F2和BC群體共528個(gè)體，484個(gè)體進(jìn)行2b-RAD測(cè)序

技術(shù)點(diǎn)睛

1、2b-RAD進(jìn)行初定位、重測(cè)序進(jìn)行精細(xì)定位；

2、抗體染色和CRISPR基因敲除進(jìn)行候選基因的驗(yàn)證。

技術(shù)路線

主要結(jié)論

一、Z染色體定義了次級(jí)同域中的物種屏障

對(duì)來(lái)自美國(guó)馬里蘭州同域群體中的22只雄性 C. eurytheme和Colias philodice（13只橙色UV雄性和9只黃色非UV雄性）進(jìn)行了重測(cè)序14.3×，?基于SNP進(jìn)行主成分分析（PCA）分析，形成兩個(gè)離散聚類(lèi)（圖1B）。與常染色體相比，Z染色體的遺傳分化顯著增加（表1），Z:a比率為12:1。基因組分化的異質(zhì)化可通過(guò)基因流動(dòng)的局部障礙或低重組區(qū)域的連鎖來(lái)解釋。突出顯示了位于 F前5%且重組率高于中值的窗口，確定了三個(gè)區(qū)域：兩個(gè)狹窄的常染色體F峰和Z染色體的2.5Mb部分（圖1 C和D）。說(shuō)明Z染色體的大區(qū)段對(duì)基因流不敏感，與生殖隔離是一個(gè)因果關(guān)系。

??

表1 重測(cè)序數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

二、雄性交配信號(hào)多態(tài)性映射到bab

UV信號(hào)在F2和回交（BC）后代的雄性后代中表現(xiàn)出孟德?tīng)栯[性分離。使用2b-RAD測(cè)序?qū)?84只重組雄性和雌性進(jìn)行基因分型，對(duì)252只基因分型雄性進(jìn)行UV評(píng)分，并確定Z染色體上的LOD區(qū)間。對(duì)U位點(diǎn)周?chē)l(fā)生重組事件的個(gè)體進(jìn)行了重新測(cè)序，用18個(gè)注釋基因細(xì)化了352 kb的零重組窗口。該作圖區(qū)間包括bab基因的50個(gè)基因間區(qū)、啟動(dòng)子和第一外顯子，該基因是一個(gè)突出的候選基因，因?yàn)樗蔷幋a果蠅雄性特有性狀的轉(zhuǎn)錄抑制因子，如腹部色素沉著。

圖1?| 物種分化的大Z效應(yīng)，包括U位點(diǎn)的候選基因bab

三、Non-UV鱗片細(xì)胞的bab表達(dá)

紫外鱗片位于C. eurytheme雄性的背翅表面，鱗片免疫熒光顯示，bab在所有非紫外線鱗片細(xì)胞前體（圖2C）的細(xì)胞核中表達(dá)。因此，bab與C. eurytheme的紫外線鱗片類(lèi)型呈負(fù)相關(guān)：bab在所有被認(rèn)定為非紫外線鱗片的鱗片細(xì)胞中均持續(xù)表達(dá)。

圖2?|?bab與鱗片的紫外呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)

四、CRISPR基因敲除產(chǎn)生異位的紫外線虹彩

針對(duì)bab編碼序列的第一個(gè)外顯子構(gòu)建了CRISPR介導(dǎo)的功能缺失突變。在受精后7小時(shí)內(nèi)收集了C. eurytheme 和 C. philodice雌蟲(chóng)，并顯微注射卵子。在這兩個(gè)物種的雄性和雌性中，UV虹彩普遍增加。在bab基因敲除（KO）后，蝶呤和黑色素鱗片以及覆蓋鱗片和地面鱗片都分化為UV鱗片。分析表明，無(wú)論翅膀表面、性別或物種如何，bab都會(huì)抑制UV表型。綜合證據(jù)表明，bab是唯一介導(dǎo)表型變異的基因。但是在這兩個(gè)物種之間未發(fā)現(xiàn)bab的氨基酸序列變化，表明交配信號(hào)差異涉及非編碼差異。需要進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，以確定在紫外-虹彩覆蓋鱗片中阻斷bab的順式調(diào)控元件。

參考文獻(xiàn)

Ficarrotta, Vincent et al. “A genetic switch for male UV iridescence in an incipient species pair of sulphur butterflies.”?Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America?vol. 119,3 (2022): e2109255118. doi:10.1073/pnas.2109255118

2b-RAD 簡(jiǎn)化基因組測(cè)序

2b-RAD技術(shù)使用IIB型限制性核酸內(nèi)切酶（如BsaXI）對(duì)基因組DNA進(jìn)行酶切，切割位點(diǎn)位于識(shí)別位點(diǎn)的左右兩側(cè)，酶切后產(chǎn)生等長(zhǎng)的33 bp的標(biāo)簽，這些標(biāo)簽經(jīng)過(guò)富集后用于高通量測(cè)序，通過(guò)生物信息學(xué)分析實(shí)現(xiàn)全基因組范圍高通量SNP篩查和分型分析。

適用于降解樣品、痕量樣品（ng級(jí)DNA）

技術(shù)重復(fù)性好，標(biāo)簽長(zhǎng)度一致、測(cè)序深度均一，SNP準(zhǔn)確性和利用率高

助力發(fā)高水平文章

免費(fèi)贈(zèng)送大片段缺失分析

項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富

猜你想看

• 新技術(shù) | “二郎神”持“三尖兩刃戟”讓微生物菌群無(wú)處遁形
  

• 招募令 | 新品搶先體驗(yàn)，exo+snRNA-seq一套樣品同時(shí)獲得兩套標(biāo)志物信息
  

• 開(kāi)年紅~歐易生物2022年1月份68 篇項(xiàng)目文章匯總
  

• 愛(ài)美之心人皆有之——基因表達(dá)可視化技能get

End本文系歐易生物原創(chuàng)