Hibridinio suskirstymo, susijusio su vidine reprodukcine izoliacija ežerinių baltažuvių rūšių porose (coregonus spp. salmonidae), transkripto mastu parašas | paveldimumas

Hibridinio suskirstymo, susijusio su vidine reprodukcine izoliacija ežerinių baltažuvių rūšių porose (coregonus spp. salmonidae), transkripto mastu parašas | paveldimumas

Anonim

Dalykai

  • Vystymosi biologija
  • Genų reguliavimas
  • Modeliai stuburiniai
  • Specifikacija

Anotacija

Specifinės genetinės analizės metu daugiausia dėmesio buvo skiriama labai skirtingų rūšių reprodukcinės izoliacijos retrospektyvioms analizėms. Vis dėlto, norint gerai suprasti specifikacijos procesą, turi būti analizuojamos genomų skirtumų pasekmės jaunose linijose, vis dar gebančiose keistis genais natūraliomis sąlygomis. Dėl sąlygiškai neutralaus genetinio varianto kaupimosi gali išsivystyti skirtingi genų tinklai. Hibridiniame fone tokios mutacijos gali nebekompensuoti viena kitos, todėl gali atsirasti selektyviai nepalankių bruožų, įskaitant genų ekspresijos reguliavimo sutrikimą. Čia mes užfiksavome genomo raiškos genų raiškos skirtumų modelius tarp normalių ir nykštukinių ežerinių baltažuvių ir jų kryžminių hibridų, kuriems egzistuoja stiprios, tačiau neišsamios post-zigotinės izoliacijos kliūtys. Didelė dalis (33%) kryžminių hibridų parodė vystymosi anomalijas, kurių nepastebėta tėvystės formose ir galiausiai baigėsi mirtimi. Nors embriono vystymosi metu tėvų formų transkriptas buvo beveik vienodas, o tai rodo vaidmenį stabilizuojant atranką, visuose hibriduose buvo ryškiai skirtingi genų raiškos modeliai. Palyginę sveikus, išgyvenusius hibridus su nenormaliu vystymusi turinčiais hibridais, mes pastebėjome, kad šiuose nenormaliuose embrionuose buvo neteisingai sureguliuota daugiau nei 2000 genų. Visų pirma, klaidingas reguliavimas buvo reikšmingai pakreiptas į esminius vystymosi genus, kurie buvo labai nepakankamai išreikšti. Be to, genai, kurie, kaip anksčiau buvo patvirtinta kaip labai transgresyvūs (perdėtas individualus variantas), hibriduose beveik visada buvo nepakankamai išreikšti. Taigi mūsų rezultatai aiškiai parodė transkripto masto hibridų suskirstymo paraišką jaunose, pradedančiose rūšyse, ir įrodė įtikinamą ryšį tarp esminių vystymosi genų klaidingos ekspresijos ir požygotinės izoliacijos.

Įvadas

Nepaisant nuolatinių pastangų, genomo pokyčių, lemiančių reprodukcinę izoliaciją ir galiausiai sukeliančių spekuliaciją, pobūdis išlieka sunkus (Coyne ir Orr, 2004; Schluter, 2009; Presgraves, 2010). Remiantis mūsų dabartiniu supratimu apie atskyrimą po zigotinių, hibridinis sterilumas ir (arba) netinkamumas kyla dėl hibridų nesuderinamų alelių derinių (Dobzhansky – Muller nesuderinamumai), kurie išsiskyrė tarp grynų rūšių ar populiacijų (Dobzhansky, 1937; Muller, 1942 m.). Šie aleliai, nepriklausomai nuo to, ar jie yra neutralūs, ar teigiamai parinkti pagal savo genetinį foną, sąveikauja neigiamai, susiliedami į specifinius hibridinius genomus. Taigi suskaidžius suderintus genų kompleksus, susidarys mozaikinės chromosomos, sudarytos iš dviejų skirtingų genomų, ir tikimasi, kad jos bus žalingos vėlesnės kartos hibriduose, palyginti su F1 kartomis (tai yra hibridinis skilimas; Rieseberg ir kt., 1999; Coyne) ir Orr, 2004; Burton ir kt., 2006). Manoma, kad reikšmingiausias speciacijos proceso taškas yra pradinis reprodukcinės izoliacijos vystymasis (Dettman ir kt., 2007; Via, 2009). Tyrinėjant skirtingas linijas, kurios reprodukciniu požiūriu yra tik iš dalies izoliuotos, galima nustatyti ankstyvas genų srauto kliūtis ir jų genetinę bazę, kol jos nebus supainiotos su kitais skirtumais, kurie kaupiasi po specifikacijos. Vis dėlto genomo nesuderinamumo įtakos genų reguliavimui tyrimai beveik iš esmės buvo skirti retrospektyviajai reprodukcijos izoliacijos tarp labai skirtingų rūšių rūšių, kuriose genų srautas nevyksta natūraliomis sąlygomis, analizei (Michalak ir Noor, 2003; Ranz ir kt., 2004; Noor ir Feder, 2006; Landry ir kt., 2007; Rottscheidt ir Harr, 2007).

Genų transkripcijos lygyje dėl genominių nesuderinamumų gali sutrikti transkripcijos mechanizmas ir atsirasti nauji, nenumatyti genų raiškos modeliai hibridinėse linijose (Landry ir kt., 2007). Dažnai manoma, kad tai yra pagrindinis hibridų suskaidymo veiksnys. Genų ekspresijos profilių analizė, naudojant mikrotraumus, parodė, kad dėl skirtingų genetinių elementų derinys dažnai sutrikdo genų ekspresiją (apžvelgtas Landry ir kt., 2007; Ortiz-Barrientos ir kt., 2007). Pavyzdžiui, pasaulinis Drosophila melanogaster ir Drosophila modelinių išraiškų profilis yra labiau susijęs vienas su kitu nei su jų hibridiniais palikuonimis (Ranz ir kt., 2004). Panašiai buvo pastebėta, kad simetriškai, bet ekologiškai skirtingose ​​šaltalankių (Salvelinus fontinalis) populiacijose hibridų genų ekspresijos modeliai suskaidomi palyginti su jų tėvų giminaičiais (Mavarez ir kt., 2009).

Ežerinių baltažuvių rūšių poros atspindi puikų rūšių modelį, tiriant ankstyvą reprodukcinės izoliacijos pradžią ir jos įtaką genomo skirtumams (Lu ir Bernatchez, 1998; Rogers and Bernatchez, 2007; Bernatchez et al., 2010). Po paskutinio ledyno atsitraukimo (mažiau nei prieš 15 000 metų), ežero baltažuvių ( Coregonus clupeaformis ) evoliucinių linijų, išskirtų pleistoceno metu (prieš 100 000–200 000 metų), antrinis kontaktas lėmė lygiagrečią dviejų morfologiškai ir ekologiškai skirtingų simetrikų evoliuciją. rūšys keliuose Šiaurės Amerikos šiaurės rytų ežeruose: bentoso normalioji ir limnetinė nykštukinė baltažuvė (Bernatchez 2004). Be to, kiekvieno ežero ekologinis specifiškumas, atrodo, yra pagrindinis varomasis atskyrimo veiksnys, nes kai kuriuose ežeruose antrinis tų pačių linijų kontaktas sąlygojo mišrų spiečius (Lu ir kt., 2001; Landry ir kt., 2007). Kaip buvo galima tikėtis iš pastarojo meto skirtumų, bendras rūšių porų genetinis diferenciacijos lygis yra palyginti žemas, o hibridai vis dar yra nedažni natūralių populiacijų populiacijose (Falush ir kt., 2007). Be to, ankstyvosios ontogenezės metu normalios ir nykštukinės žuvys negali būti atskirtos fenotipiškai ir ekologiškai (Chouinard ir Bernatchez, 1998; Bernatchez, 2004). Tuo pat metu hibridinė baltažuvė patiria ryškių genomo nesuderinamumo ir vykstančios reprodukcinės izoliacijos tinkamumo pasekmes (padidėjęs mirtingumas, sutrinka perinti skirtas laikas ir sumažėja spermatozoidų produktyvumas, Rogers ir Bernatchez, 2006; Whiteley ir kt., 2009; Bernatchez ir kt., 2010). ).

Remdamiesi šiomis žiniomis, mes stebėjome grynųjų nykštukinių ir paprastųjų baltažuvių, taip pat jų hibridų, ontogenezę, kad nustatytume tikslų momentą, kai embrionai pradėjo rodyti ankstyvuosius hibridinio skilimo požymius. Kiekybiškai įvertindami genomo raiškos lygius, kai raidos defektai buvo patys ekstremaliausi, galėtume nustatyti transkripto pokyčius, kurie gali būti susiję su izoliacija po zigotinės. Visų pirma, mes stebėjome genų, žinomų kaip būtini ankstyvajam žuvų vystymuisi, reguliavimo modelius (Amsterdam ir kt., 2004). Prognozavome, kad šie esminiai genai bus labiausiai paveikti hibriduose, nes jų ekspresija yra ypač kritiška ir daro stiprų pakitimą embriono vystymuisi ir sveikatingumui apskritai.

Rezultatai

Plėtra

Maždaug 60 dienų po apvaisinimo (tarp 280 ir 288 laipsnių dienų) embrionai buvo imami normaliose, nykštukinėse ir atvirkštinėse šeimose. Šiame etape embrionai išsivystė į ryklės periodą, kuris atitinka filotipinę stadiją ( plg . Danio rerio raidos inscenizaciją Slack ir kt., 1993; Kimmel ir kt., 1995). Beveik visi normalūs ir žemaūgiai embrionai turėjo tą patį vystymosi fenotipą, ir tik šeši embrionai iš 104 (5, 8%), kuriems buvo įvertinti vystymosi požymiai, nenormaliai vystėsi šiuose grynuose kryžminiuose. Pažymėtina, kad šie šeši embrionai turėjo didelius vystymosi defektus, kurie iš esmės skyrėsi (nėra ašinio kūno plano, „ciklopai“) nuo toliau aprašytos nugaros kryžminės grupės. Paprastai besivystantys grynieji ir priešakiniai kryžminiai embrionai buvo fenotipiškai panašūs ir jiems būdingi: diferencijuotos pigmento ląstelės, plakanti širdis, pumpuojanti kraują visoje kraujotakos sistemoje, akys pigmentuotos ir visiškai judri uodega, atitraukta nuo trynio maišelio (2a ir b paveikslai). Didelėje embrionų dalyje (33 proc., 52 iš 156 vizualiai apžiūrėtų embrionų (tikslus Fišerio testas, P reikšmė <0, 0001)) embrionų dalis parodė arba akivaizdų vystymosi atsilikimą, arba netipinį fenotipą (maža galva, mažos akys, deformuotos) akies lęšiukas, širdies plakimas, sumažėjusi ląstelių pigmentacija, uodegos deformacijos) ir toliau buvo vadinami embrionais, atremtais ant nugaros kūno (2c ir d pav.). Taigi, nors ne visi sergantieji kryžminiu kūnu turėjo tiksliai tą patį fenotipą, jie neabejotinai atstovavo diskretinį fenotipą, kuris skiriasi nuo visų kitų grynų ir sveikų embrionų, esančių atvirkštiniuose kryžminiuose.

Image

a, b ) Bendrosios normalių, nykštukinių ir sveikų, sveikų, embrionų vystymosi savybės (diferencijuotos pigmento ląstelės, plakanti širdis, siurbianti kraują visoje kraujotakos sistemoje, akys pigmentuotos, akies lęšiukas visiškai suformuotas ir visiškai judanti uodega, atitraukta nuo trynio maišelio) . c, d) Bendras žaizdotų embrionų fenotipas (maža galva, mažos akys, deformuotas akies lęšiukas, sumažėjusi ląstelių pigmentacija, uodegos deformacijos). Atkreipkite dėmesį, kad kiaušinių chorionas buvo pašalintas ( a, d ), o embrionai buvo rankiniu būdu išlankstyti dalijamosiomis adatomis a ir c . Masto vienetai yra 0, 1 mm.

Visas dydis

Genų ekspresijos reguliavimas

Nustatytas labai mažas normalių ir nykštukinių baltažuvių genų ekspresijos skirtumas, tik po dviejų transkriptų (60 s ribosominio baltymo L23a, hemoglobino subvieneto beta), kurie buvo pataisyti atliekant kelių hipotezių testus ir atkartojant taškymą masyve, buvo diferencijuoti tik 0, 1% visų išreikštų nuorašų ( klaidingo atradimo dažnis q-vertė <0, 05). Tai buvo visiškai priešingi sveikiems sveikiems hibridams, kurių 162 ir 77 (3, 0 ir 1, 5%) genai buvo diferencijuoti, palyginti su normaliaisiais ir nykštukiniais. Dar labiau stebina, kad 2214 (39 proc.) Nuorašai buvo diferencijuoti tarp sveikų ir sveikų nugaros kryžkelių, 1993 m. (35 proc.) Tarp normalių ir nugaros kryžminių ir 1964 m. (35 proc.) Nuo nykštukinių ir nugaros kryžminių (3 pav., Papildomas paveikslas). 1 lentelė).

Image

Šilumos žemėlapis, vaizduojantis hierarchinę klasterizaciją pagal genų atstumo matricą (visi genai diferencijuotai išreikšti tarp grupių, kaip nustatyta dispersijos analizei (ANOVA, q reikšmė <0, 05)) ir mėginio atstumo matricą (28 biologiniai mėginiai).

Visas dydis

Funkcinė klasifikacija

Funkcinė analizė, naudojant DAVID bioinformatinius išteklius, atskleidė, kad keli biologiniai procesai ir molekulinės funkcijos buvo per daug atstovaujami skirtingai išreikštų genų sąrašuose. Visų pirma, atliekant palyginimus, susijusius su asmenimis, turinčiais užnugario morfologiją, pirmtakų metabolitų ir GO energijos vertimas ir generavimas bei energetiniai GO terminai buvo žymiai didesni (1 lentelė). Palyginus, genų sąraše, skirtingai išreikštame sveikų sveikų ir nykštukinių, glikolizės, alkoholio ir angliavandenių kataboliniai procesai buvo per daug reprezentuojami, tuo tarpu nė vienas GO terminas nebuvo išreikštas sveikų sveikų / normalių ar normalių / nykštukinių kategorijose. Transkriptai, diferencijuotai išryškėję kryžminiu būdu, buvo suskirstyti į dvi kategorijas: nuorašai neišraiškingi ir per daug išreikšti, palyginti su visų grupių vidurkiu. Per daug išreikštuose genuose buvo iš viso atstovaujama 15 skirtingų GO terminų, kurie buvo toliau suskirstyti į 7 bendrąsias kategorijas. Tai daugiausia buvo susiję su transporto ir energijos apykaitos funkcijomis. Nerealizuotuose genuose buvo per daug atstovaujama 11 skirtingų GO terminų, kurie buvo toliau suskirstyti į šešias bendrąsias kategorijas. Tai buvo susiję su visiškai skirtingomis funkcinėmis kategorijomis; daugiausia makromolekulių metabolizmas ir mRNR transliacijos reguliavimas.

Pilno dydžio lentelė

Ypatingas susidomėjimas buvo 450 (3, 2% visų nuorašų, išspausdintų ant masyvo) nuorašais, kurie atitiko (BLASTn e -vertė <1e-15) genus, būtinus ankstyvajam žuvų vystymuisi (4 paveikslas). Esminiai genai reiškia tuos genus, kurių numeravimo mutacijos yra embrioninės mirtinos Danio rerio (Amsterdam ir kt., 2004). Tarp šių esminių nuorašų buvo išreikšti 336 ir 204 skirtingai. Abi šios vertės buvo žymiai didesnės, palyginti su visų transkriptų, išreikštų ir diferencijuotai išreikštų, atitinkamai ( χ 2 testas, P reikšmė <0, 01). Be to, 81% (166 nuorašų) šių esminių nuorašų buvo nepakankamai išreikšta priešingai kryžminant, palyginti su keturių grupių vidurkiu, ir tai buvo labai reikšminga, palyginti su visų šių embrionų neišraiškingų nuorašų (56% arba 1445) procentine dalimi ( χ). 2 testas, P vertė <0, 0001, 4 paveikslas). Mes taip pat nustatėme kelis GO terminus, kurie buvo per daug atstovaujami esminių genų, diferencijuotai išreikštų, palyginti su visais genais, skirtingai išreikštais, sąrašais. Tai buvo susiję su skirtingomis funkcinėmis kategorijomis, tačiau daugiausia su makromolekulių metabolizmu ir mRNR transliacijos reguliavimu (1 lentelė).

Image

Nuorašų, atitinkančių svarbiausius ankstyvojo vystymosi genus, skaičius. Atkreipkite dėmesį, kad nuorašai buvo apibrėžti kaip būtini, jei jie atitiko (BLASTn e vertė <1e-15) 315 genų, kurie identifikuoti kaip svarbiausi ankstyvojo zebrafish vystymosi genai, sąrašą (Amsterdam et al., 2004) ( χ 2 testas: * P - vertė <0, 05, *** P vertė <0, 001).

Visas dydis

Galiausiai ankstesniame tyrime, kuriame buvo nagrinėjami 30 dienų amžiaus baltažuvių embrionų genų ekspresijos skirtumai, buvo nustatytas septynių genų rinkinys, kuris parodė labai transgresyvius ekspresijos modelius atgaliniuose kryžminiuose hibriduose ir kuris taip pat sudarė tris pagrindinius vystymosi genus (Renaut et al., 2009). Šie genai nesiskyrė per 30 dienų senų embrionų, išreikštų per vidurį, ekspresijos vidurkiais, tačiau jie rodė perdėtą individualų variantą, peržengiantį abiejų tėvų diapazoną. Šiame tyrime 18 transkriptų, suderintų su šiais 7 transgresyviniais genais, ir visi, išskyrus 1, abiejose priešingose ​​grupėse, palyginti su tėvais, buvo nepakankamai išreikšti. Be to, šis poveikis buvo dar ryškesnis nugaros kryžminimo atveju (2 lentelė).

Pilno dydžio lentelė

Diskusija

Pagrindinis mūsų tikslas buvo kiekybiškai įvertinti genomo masto genų ekspresijos lygius, kai raidos defektai buvo patys kraštutiniai, taigi potencialiai ekspresijos pokyčius galima susieti su zigotine izoliacija. Čia aptarsime šių rezultatų padarinius ir būdingus apribojimus, atsižvelgiant į mūsų supratimą apie požiginį izoliavimą pradedančiose ežerinių baltažuvių rūšyse ir apskritai apie specifikacijos genetiką.

Didelė dalis embrionų, esančių kryžminiuose embrionuose, turėjo stiprius vystymosi defektus. Šios vystymosi problemos, lemiančios ne mažesnį kaip 33% mirtingumą, aiškiai parodo dideles hibridų auginimo fitneso išlaidas tarp nykštukės ir paprastosios baltažuvės natūraliomis sąlygomis, todėl neginčijamai veikia kaip stiprus atskyrimo po zigotinių mechanizmas. Tiesa, kadangi šie pastebėjimai yra paimti iš penkių pusbrolių ir nugaros kryžminių šeimų, gautų iš vienos hibridinės patelės, sukryžiuotos su penkiais skirtingais normaliais vyrais, jie turėtų būti aiškinami atsargiai. Tačiau tų nugaros kryžminių šeimos narių kiaušinių tręšimo sėkmė buvo panaši į stebimą gryniems kryžiams, kaip ir anksčiau buvo pranešta (Lu ir Bernatchez, 1998; Rogers and Bernatchez, 2006). Be to, aiškus nenormalus embriono vystymosi fenotipas, stebimas priešpriešiniuose embrionuose, nebuvo pastebėtas nė vienoje grynųjų šeimoje. Be to, mūsų pastebėjimus, rodančius, kad tarp normalių ir žemaūgių ežerų baltažuvių yra stiprios pogimdyvinės izoliacijos kliūtys, patvirtina keletas įrodymų, anksčiau užfiksuotų. Nepriklausomose užnugario šeimose buvo nustatytas padidėjęs mirštamumas tuo pačiu vystymosi laikotarpiu (Rogers ir Bernatchez, 2006), taip pat sumažėjęs spermatozoidų kiekis (Whiteley ir kt., 2009). Padidėjęs, nors ir mažesnis nei priešingai, mirtingumas tuo pačiu vystymosi metu taip pat buvo stebimas F1 hibriduose (Lu ir Bernatchez, 1998). Taigi padidėjęs hibridų mirtingumas pastebėtas atliekant tris nepriklausomus tyrimus. Be to, stiprus segregacijos iškraipymas daugiau nei 30% žemėlapiu surinktų genetinių žymenų atspindėjo skirtingus hibridų genotipų išgyvenamumo procentus (Rogers ir Bernatchez, 2007). Dėl visų šių priežasčių mes siūlome, kad čia pastebėti raidos ir raiškos skirtumai yra tiesioginiai skirtingų linijų hibridizacijos padariniai.

Hibridinio gedimo specifika genų ekspresijos reguliavime

Naudodami papildomus DNR mikrorajonus, mes pastebėjome labai mažus grynų normalių ir nykštukinių baltažuvių genų ekspresijos skirtumus. Šis tėvystės formų transkripto skirtumų trūkumas ankstyvame ontogenezėje atitinka skirtingą vystymosi laiką iki atsiradimo (Rogers ir Bernatchez, 2006) ir taip pat patvirtina ankstesnius atradimus, kai 30 dienų amžiaus embrionai turėjo 14 kartų mažiau genų ( n = 5 genai), turintys reikšmingą reguliavimo skirtumą nei 16 savaičių jaunos žuvys (Nolte et al., 2009; Renaut et al., 2009). Tiesą sakant, nykštukė ir normalioji lerva baltažuvė beveik nesiskiria, ir tikimasi, kad jų fenotipinis ir ekologinis skirtumai įvyks paauglystėje (Chouinard ir Bernatchez, 1998). Embrionai, iš kurių buvo paimti mėginiai, buvo filotipinio vystymosi stadijoje, atitinkančioje ryklės periodą Danio rerio vystymuisi (Kimmel ir kt., 1995). Tikimasi, kad šiuo labai konservatyviu vystymosi etapu individai bus panašesni vienas į kitą nei ankstesniais ar vėlesniais vystymosi laikotarpiais (Slack ir kt., 1993). Šis stebėjimas dažnai buvo daromas net labai skirtingiems taksonams ir turėtų būti taikomas ir genų ekspresijos skirtumams (Irie ir Sehara-Fujisawa, 2007).

Visiškai priešingai nei tėvų formos, hibridai parodė vystymosi problemas, kurios turėjo didelę įtaką genų ekspresijos reguliavimui. Visi atgalinių kryžminių hibridų genų raiškos modeliai, palyginti su tėvų kryžminimais, turėjo skirtingus skirtumus, o tai ypač pasakytina apie moribundinius hibridus. Genetikos reguliavimo pažeidimo pobūdis, stebimas baltųjų žuvų priešpriešiniuose hibriduose, greičiausiai yra genomo nesuderinamumo pasekmė, o ne vien stochastinio RNR skilimo proceso rezultatas. Genai buvo paveikti tiksliai atsižvelgiant į jų funkcionalumą. Tai patvirtina ir funkcinė analizė, kai žymiai skirtingi GO terminai (nesvarbu, ar tai yra biologinis procesas, ar molekulinė funkcija) buvo per daug reprezentuojami, ar genas buvo per mažai išreikštas, ar per daug išreikštas nugaros kryžminimo grupėje (1 lentelė). Todėl atrodo, kad vystymosi problemos yra susijusios su šiuo hibridų genų reguliavimo nutrūkimu. Nepaisant to, dar liks iššūkis išsiaiškinti, ar šis ryšys susijęs su priežastingumu, ir tai išlieka neišvengiama visų genų ekspresijos tyrimų specifikacijų riba (Noor ir Feder, 2006).

Kaip prognozuota, hibridai labiausiai paveikė esminius žuvų vystymosi genus. Jų raiška yra ypač kritiška ir daro stiprų pakitimą embriono vystymuisi ir sveikatingumui apskritai. Šie genai, kurių būtinumas yra labai išsaugotas per evoliuciją (Amsterdam ir kt., 2004), buvo ne tik labiau diferencijuoti, nei tikėtasi, bet ir stipriai nepakankamai išreikšti atgaliniame kryžme, palyginti su keturių grupių vidurkiu (81 proc. embrionai, 4 pav.). Funkcinė GO terminų analizė taip pat atskleidė, kad panašios kategorijos buvo per daug atstovaujamos esminiuose genuose, diferencijuotai išreikštuose, kaip ir back-cross-moribund neišreikštuose genuose, ir tai dažniausiai buvo genai, dalyvaujantys makromolekulių metabolizme ir reguliuojant mRNR transliaciją (1 lentelė).

Be to, ankstyvieji geno išraiškos požymiai, anksčiau užregistruoti 30 dienų amžiaus embrionuose (Nolte ir kt., 2009; Renaut ir kt., 2009), šiame tyrime baigėsi dramatiškais vystymosi ir genų ekspresijos reguliavimo skirtumais 60 dienų amžiaus hibridiniuose embrionuose., ypač tiems genams, kurie, kaip žinoma, yra būtini ankstyvajame embriono vystymesi (2 lentelė). Pvz., Zebrafish žaibiška „Heat Shock Cognate 70“ mutacija po 5 dienų sukelia: perikardo edemą, nekrozinę galvą ir bendrą kūno degeneraciją; 1-ojo pailgėjimo faktoriaus alfa nutraukimas sukelia mažą galvą ir akis, apvalesnį trynį ir padidėjusią nekrozę (Amsterdam et al., 2004). Ežerinių baltažuvių hibriduose abu šie genai buvo vieni iš labiausiai peržengiančių per 30 dienų (Renaut ir kt., 2009), šiame tyrime buvo labai nepakankamai išreikšti (po 60 dienų, 2 lentelė), o embrionai buvo panašūs. fenotipas zebrafish mutantams (1c ir d paveikslai).

Likęs iššūkis dabar yra nustatyti, kiek genomo regionų iš tikrųjų prisideda prie reprodukcinių kliūčių. Viena galimybė yra tai, kad tai priskiriama sąlygiškai neutralių mutacijų susikaupimui visame genome. Tai patraukli hipotezė, nes mutacijos kaupiasi visame genome visuose populiacijose. Iš esmės jie pateikia skirtingus architektūrinius pradinius taškus, kuriuos vėliau gali pasisamdyti adaptaciniai procesai ir kurie gali sukelti skirtingas evoliucijos trajektorijas, nesvarbu, ar tai stabilizuojantis, arba skirtingas atrankos slėgis (Lynch, 2007). Kadangi tarp normalių ir nykštukinių baltažuvių buvo pastebėtas labai mažas skirtumas, atrodo, kad šių jaunų rūšių reprodukcinėje izoliacijoje po zigotinės būklės dažniausiai dalyvauja genai, stabilizuojant atranką dėl genų ekspresijos, kaip tai buvo įrodyta drosofiliduose (Haerty ir Singh, 2006). ir upelis charr (Mavarez et al., 2009).

Tai, kad baltažuvėse daugiau kaip 30% žemėlapiuose nurodytų genetinių žymenų rodo lokusui būdingus nukrypimus nuo tikėtino Mendelio segregacijos (segregacijos iškraipymas), palaiko mintį, kad daugelis „įprastų lokusų“ yra susiję su reprodukcine izoliacija (Rogers ir Bernatchez, 2007). Kita vertus, mes negalime paneigti, kad vienas ar keli genetiniai lokusai gali smarkiai sutrikdyti raišką, ypač jei jie yra susiję su esminiais vystymosi genais, kuriuose, kaip žinoma, numušimo mutacijos yra mirtinos. Kitas paaiškinimas, kurį verta paminėti, susijęs su tuo, kad didelio masto hibridinio geno ekspresija taip pat gali atsirasti dėl įvairių mechanizmų, susijusių su chromatino vientisumo sutrikdymu ar nekoduojančių RNR ekspresija (Michalak, 2009). Pvz., MiRNR tinklai, kurie, kaip įrodyta, reguliuoja genų ekspresiją ankstyvame daugelio stuburinių rūšių vystymesi, gali turėti didelį kaskadinį poveikį, jei yra sutrikdyti, ir tokiu būdu sukelti tikėtiną „pagrindinio geno“ efektą (Lee ir kt., 2007; Michalak, 2009). Taigi visi kiti genų ekspresijos ir fenotipo skirtumai būtų šio pagrindinio veiksnio paskesnis poveikis. Vis dar gali egzistuoti kiti nedideli nesuderinamumai, kurie lemia sveikų žuvų, esančių kryžminamosiose žuvyse, skirtą genų raišką, palyginti su tėvų tipu. Be to, mes anksčiau pastebėjome, kad mažiausiai vienas lokalumas, susijęs su embrionų mirtingumu, taip pat yra susijęs su reguliavimo (išraiškos kiekybinis bruožo lokusas, eQTL) viešosios interneto prieigos tašku ir gali turėti pagrindinį reguliuojamąjį geną, turintį stiprų pleiotropinį poveikį daugelio genų ekspresijai (Bernatchez et al., 2010), taip parodant galimą mechanizmą, paaiškinantį hibridų reguliavimo sutrikimą genomo mastu.

Išvada

Palyginus sveikus, išgyvenančius hibridus su mirtinai pavojingais hibridų, mūsų rezultatai nustatė transkripto masto hibridų suskirstymo paraišką jaunose, pradedančiose rūšyse, ir atskleidė įtikinamą ryšį tarp esminių vystymosi genų netinkamos ekspresijos ir postzigotinės izoliacijos. Mūsų atlikta jaunų evoliucinių žuvų veislių genetinės bazės analizė padeda užpildyti atotrūkį tarp ekologinių reprodukcinės izoliacijos tyrimų, turinčių ribotų žinių apie jų genetinę bazę, ir genetinių specialybės tyrimų, turinčių neišsamią ekologinę perspektyvą. Visiškai akivaizdu, kad abu yra reikalingi norint sukurti tikrai bendrąją specifikacijos genetikos teoriją.

Prisijungimai

„GenBank“ / EMBL / DDBJ

  • GSE23095

Papildoma informacija

„Excel“ failai

  1. 1.

    1 papildoma lentelė

„Word“ dokumentai

  1. 1.

    Papildomos lentelės legenda

    Papildoma informacija pridedama prie dokumento paveldėjimo tinklalapyje (//www.nature.com/hdy)