Science Advances | 香港中文大学赵晖/中国科学院吕雪梅发现母系来源的表观遗传修饰对胚胎发育至关重要

越来越多的证据表明种间杂交对物种形成至关重要。然而，种间杂交过程中染色质不相容往往导致这一过程失败。染色体DNA丢失和重排等基因组失衡导致不育在杂交中已被普遍注意到。种间杂交的生殖隔离机制仍不清楚。

2023年4月7日，香港中文大学赵晖及中国科学院昆明动物研究所吕雪梅共同通讯在Science Advances 在线发表了题为“Modification of maternally defined H3K4me3 regulates the inviability of interspecific Xenopus hybrids”的研究论文，该研究发现母系定义的H3K4me3在非洲爪蟾(Xenopus laevis )和热带爪蟾(Xenopus tropicalis )杂交种中的修饰决定了这两种类型杂交种的不同命运:发育停滞的te×ls和存活的le×ts。

转录组学显示，在te×ls杂交种中P53通路被过度激活，Wnt信号通路被抑制。此外，te×ls中母本H3K4me3的缺失破坏了该杂种L和S亚基因组之间的基因表达平衡。p53的衰减可以延缓te×ls的发育停滞。该研究提出了一种基于母系定义的H3K4me3修饰的生殖隔离的附加模型。

物种形成是种群进化成新的和独特的物种的进化过程，生殖隔离防止种间杂交，保持物种的稳定。研究生殖隔离的调控机制是认识物种形成的关键。生殖隔离可分为两类:合子前隔离和合子后隔离。合子前障碍是指合子形成的失败，而合子后障碍发生在合子产生后并诱导发育失败。值得注意的是，合子后生殖屏障功能的分子机制在很大程度上仍然未知。

遗传不亲和是导致鱼类和果蝇杂交不育的原因；这种不亲和性表现为染色体数目改变、染色质倒置、异染色质相互作用、特定基因组区域重排、着丝粒重定位、染色质DNA缺失等。目前，由于种间杂交经常导致杂交胚胎无活力和不育，杂交中的遗传不亲和性还没有得到很好的理解。

热带爪蟾(Xenopus tropicalis )和非洲爪蟾(Xenopus laevis )是研究发育生物学和遗传学的两种经典动物模型，而非洲爪蟾是一种异体四倍体，拥有两组染色体，分别来自两个不同的亚基因组(L和S)，并且这两个亚基因组在进化过程中的平衡是很好的。这些物种可以杂交，产生两种不同命运的杂种。X. tropicalis 卵子与X. laevis 精子受精(te×ls)产生致命杂交胚胎；然而，X. laevis 的卵子与X. tropicalis 的精子(le×ts)杂交产生了可行的杂交后代，这是研究生殖隔离机制的理想模型。

文章模式图（图源自Science Advances ）

最近的一项研究表明，在非洲爪蟾杂交过程中，父系染色质不相容导致了te×ls杂种的胚胎致死率。据报道，在te×ls染色体3L (ch3L)和4L (ch4L)染色体DNA缺失，父本染色体缺失可能导致te×ls胚胎发育失败。相比之下，在可存活的le×ts胚胎中没有染色体DNA缺失的报道。然而，这两个杂种之间遗传差异的机制尚未完全阐明。

除了父系因素外，母系差异也可能影响X. laevis 和X. tropicalis 之间的生殖隔离，因为两个杂交胚胎之间的主要差异最初是由卵母细胞的组成引起的。母体因素在调节胚胎模式和染色质重塑中是必不可少的。该研究利用两个杂交后代研究了调节热带X. laevis 和X. tropicalis 繁殖隔离的母系因子。

在te×ls杂交体中，ch3L和ch4L缺失区域的基因表达可以被来自其他亚基因组的同源基因大量补偿。该研究结果表明，母系定义的H3K4me3决定了X. laevis 和X. tropicalis 杂交胚胎的不同命运，杂交中P53信号通路的激活在建立生殖隔离中起着关键作用。该研究阐明了母亲定义的表观遗传修饰对胚胎发育的影响。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add8343

转自：“iNature”微信公众号

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