寄生虫揭示性和性染色体进化的新见解

　　

   

   

在进化过程中，不同的染色体元素以彩色的乐高积木(NA, NB, NX..等)表示。在图中)被添加到不同物种的祖先性染色体上，形成了线虫性染色体的巨大多样性。这些染色体元素的“乐高”组合显示为线虫物种的每个“支系”对应的颜色。

来自维也纳大学和浙江大学的Qi Zhou研究小组对两种高度分化的蠕虫门进行了研究，这两种蠕虫中含有大量导致人类和牲畜疾病的寄生虫，揭示了有性繁殖和随后的性染色体多样性可能是如何进化的。

具有不同性别的动物或植物在自然界中广泛存在，它们是由雌雄同体的祖先独立过渡而来的。从无性生殖模式到有性生殖模式转变的实际机制，换句话说，性是如何起源的，仍然是一个重要而未解的问题。除昆虫外，约有三分之一的动物物种，如蚯蚓、蜗牛和一些硬骨动物，是雌雄同体的。将它们与进化成不同性别的近亲进行比较，可能会揭示这种特殊特征是如何在动物中起源和进化的。

维也纳大学和中国浙江大学神经科学和发育生物学学系的Qi Zhou在《自然通讯》上发表了一篇新论文，为扁形虫和线虫（Nematoda）的性别起源和性染色体进化提供了线索。

两个蠕虫门为性染色体的进化提供了线索

虽然这两个门都被称为“蠕虫”，但从进化的角度来看，它们彼此非常不同。这两个门的一个共同特点是，其众多代表，如绦虫和血吸虫(俗称吸虫)，是对人或牲畜的寄生虫，可引起严重的症状和并发症。对它们的性别相关基因的识别和研究可以为今后阻断它们的生殖周期提供基础，从而有效地控制寄生虫。

Zhou的研究小组收集了41种线虫和13种扁形虫的基因组和转录组数据，其中扁形虫除血吸虫(吸血虫)外大多为雌雄同体。其中，通过“尼根元素”鉴定了17种线虫的性染色体组成。这些是所有线虫共有的祖先染色体单位，以线虫生物学家维克多·尼根(Victor Nigon)的名字命名(与另一种遗传模式物种果蝇的“穆勒元素”平行)。结果表明，线虫性染色体的多样性是尼根元素不同组合的结果。通过在祖先的性染色体上反复添加不同的尼贡元素，不同种类的线虫扩大了它们的性连接区域，这些区域后来在进化过程中抑制了重组。

从雌雄同体到雌雄异体

另一个重要的发现来自于有性繁殖的吸虫与相关的雌雄同体物种的比较。寄生虫进入独立性别状态的转变发生在相对较晚的时间，大约在7000万年前。作者表明，在这一转变过程中，血吸虫的性腺基因变得不那么“女性化”，换句话说，与雌雄同体的相关物种相比，整体上显示出较低的卵巢表达水平。他们还发现了一个候选基因mag-1，该基因在血吸虫中的破坏会导致睾丸肿大。该基因的突变可能在血吸虫向独立性别的转变中发挥了关键作用。

Evolution of sexual systems, sex chromosomes and sex-linked gene transcription in flatworms and roundworms