探秘梳尾鱼性染色体分化之谜：重复 DNA 的关键作用

为探究梳尾鱼（Belontia hasselti）性染色体分化及重复 DNA 作用，研究发现其性染色体分化程度低，为相关研究提供模型。

　　在奇妙的鱼类世界里，性染色体的演化一直是生物学家们热衷探索的神秘领域。性染色体作为真核生物遗传性别决定的主要形式，其演化过程充满了奥秘。通过逐渐失去重组和序列分化，不同物种的性染色体呈现出多样的变化，有的形态差异显著（即异型性染色体），有的则难以区分（即同型性染色体）。尽管科学家们对性染色体演化进行了长达一个多世纪的深入研究，但仍有许多关键问题悬而未决。

硬骨鱼类拥有丰富多样的性染色体系统，其分化程度和模式在不同分类水平上差异巨大，这使得它们成为研究性染色体演化的绝佳模型。在众多硬骨鱼类中，鲈形目鱼类的性染色体系统尤为特殊，其中雄性异配性别系统占主导地位，而雌性异配性别（♂ZZ/♀ZW）的性染色体系统则极为罕见。在已知的鲈形目鱼类中，除了少部分物种，如尖吻鲈（Epinephelus tauvina）和爪哇梳尾鱼（Belontia hasselti）外，其他具有 ZW 性染色体系统的物种存在诸多争议。

爪哇梳尾鱼隶属于斗鱼科（Osphronemidae），广泛分布于东南亚和斯里兰卡的湖泊与河流中，因其独特的生存适应性和商业价值备受关注。此前的细胞遗传学研究发现，爪哇梳尾鱼具有 2n = 48 条染色体，且拥有高度异型的 ZW 性染色体系统，其中 W 染色体是核型中唯一的中部着丝粒染色体。这一独特的性染色体系统使得爪哇梳尾鱼成为研究鲈形目鱼类性染色体演化的重要对象。

为了深入探究爪哇梳尾鱼性染色体的分化程度以及重复 DNA 在这一过程中的作用，来自巴西、捷克、泰国等多个研究机构的研究人员展开了一项联合研究。他们的研究成果发表在《BMC Ecology and Evolution》杂志上，为我们揭开了爪哇梳尾鱼性染色体演化的神秘面纱。

在研究方法上，研究人员采用了多种先进技术。首先，他们从泰国那拉提瓦府的 To Daeng 泥炭沼泽森林采集了 10 只爪哇梳尾鱼（5 雌 5 雄），通过秋水仙素处理肾脏细胞获取中期染色体，并进行 C 带染色以观察组成型异染色质的分布。接着，利用酚 - 氯仿 - 异戊醇法提取基因组 DNA（gDNA），并在 BGISEQ - 500 平台进行测序。之后，运用 TAREAN 软件对爪哇梳尾鱼的卫星 DNA（satDNA）进行鉴定和分析，同时使用 RepeatMasker 软件计算 satDNA 单体的丰度和差异。此外，通过设计特异性引物进行聚合酶链反应（PCR）扩增，对部分 satDNA 进行标记，并结合荧光原位杂交（FISH）技术在染色体上定位这些重复序列。最后，利用比较基因组杂交（CGH）技术评估性染色体的遗传组成差异。

研究结果如下：

1. satellitome 特征：研究人员通过 TAREAN 软件迭代分析，共鉴定出 13 个爪哇梳尾鱼的 satDNA 家族（BhaSatDNAs）。这些 satDNA 的重复单元长度在 35bp 至 1797bp 之间，A + T 含量为 38.70% - 68.70%，平均为 51.4%，差异度在 0.73% - 15.11%，平均为 6.83%。这一结果表明，爪哇梳尾鱼的 satDNA 多样性在硬骨鱼类中处于极低水平。
2. 荧光原位杂交（FISH）：在 13 个 BhaSatDNA 单体中，仅有 4 个在染色体上显示出阳性 FISH 信号。其中，BhaSat01 - 206 在所有染色体的（近）着丝粒区域积累；BhaSat04 - 540 和 BhaSat05 - 154 分别定位于一对染色体上；BhaSat13 - 106 在雄性和雌性个体中表现出性连锁的分布差异，推测其可能与 Z 染色体相关。
3. C 带和 FISH 与端粒及微卫星探针：微卫星映射显示，(GA)_n序列在多条染色体上分散分布，(CGG) 序列则定位于一对染色体的（近）着丝粒区域。所有染色体均检测到组成型异染色质，主要位于近着丝粒区域，端粒序列位于所有染色体的末端，未发现额外的间质位点。
4. 比较基因组杂交（CGH）：CGH 分析表明，雄性和雌性个体的基因组探针在所有染色体的（近）着丝粒区域显示出重叠信号，未观察到性特异性的信号区域，这意味着爪哇梳尾鱼的 Z 和 W 染色体在重复序列含量上可能差异不明显。

研究结论与讨论：爪哇梳尾鱼的 satellitome 包含的 satDNA 单体数量是目前硬骨鱼类中最少的，尽管其 ZW 性染色体具有高度异型性，但在重复 DNA 积累水平上分化程度较低。这一现象可能由多种机制导致，例如部分 satDNA 可能参与着丝粒的组织和功能，但需要进一步实验验证；基因拷贝的扩增或染色体融合、易位等事件也可能影响 W 染色体的形态，但目前缺乏足够证据支持；此外，W 染色体可能通过等臂染色体形成，这一假设需要更多研究来证实。爪哇梳尾鱼为研究鲈形目鱼类性染色体分化的异常模式提供了有价值的模型，有助于我们深入理解性染色体演化的机制。

综上所述，这项研究通过多技术联合分析，为我们揭示了爪哇梳尾鱼性染色体分化与重复 DNA 之间的关系，为后续深入研究硬骨鱼类性染色体演化提供了重要参考，推动了相关领域的发展。