项目文章丨峨眉髭蟾研究突破：揭秘 “巨大性染色体却保持同形” 的演化奥秘

2025年6月，华中师范大学生命科学学院吴华教授团队联合加拿大不列颠哥伦比亚大学研究人员在Genome Research杂志在线发表了题为Extreme heterochiasmy and high rates of sex-reversed recombination result in large yet homomorphic sex chromosomes in the Emei moustache toad的研究论文，该研究构建高质量染色体水平参考基因组、高密度遗传图谱及转录组数据分析，发现峨眉髭蟾1号染色体为同形性染色体，包含约350 Mb的性连锁区域（占该染色体60.78%、全基因组10%以上，是脊椎动物中已知最大的性连锁区域之一），进一步揭示极端异交叉现象与高频率性逆转重组是维持其性染色体同形性的核心机制，为解析两栖类性染色体演化谜题提供了重要新依据。万摩科技承担了本研究的测序和分析相关工作。

研究团队首先整合98.6×的PacBio数据、97.5×的Illumina短读长及51.4×的Hi-C数据构建了雄性峨眉髭蟾的高质量染色体水平参考基因组（Lbor.v1），该基因组大小为3.38 Gb，contig N50达6.38 Mb，99.8%的序列成功锚定到13条染色体上，并注释出20,327个蛋白编码基因，经BUSCO评估组装完整性达92.4%、注释完整性达95.4%。

获得高质量基因组后，研究团队对20只雌性和20只雄性峨眉髭蟾进行全基因组重测序（平均覆盖度 15×），结合全基因组关联分析GWAS与群体分化Fst分析，结果显示Chr1与性别存在显著关联，其平均FST（0.122）远高于其他染色体，同时定位出该染色体上长达349 Mb的SLR（性别连锁区域），占该染色体的60.78%，相当于整个基因组的10%以上，且包含2个PAR（拟常染色体区域）。通过筛选性别特异性SNP发现274,384个雄性特异性SNP（99.91%在雄性中为杂合、雌性中为纯合），其中98.00%位于该SLR内。令人惊讶的是，尽管存在如此巨大的性别分化区域，峨眉髭蟾的性染色体在形态上仍然无显著差异为同形性染色体，这与鸟类和哺乳动物中常见的异形性染色体形成鲜明对比。

（2）X与Y染色体的低分化性及高共线性

图2 X与Y染色体的低分化性及高共线性特征

（3）全染色体范围的重组模式解析

（4）等位基因特异性表达ASE解析

研究团队通过整合多发育阶段转录组数据与遗传变异分析，勾勒出二者协同维持性染色体平衡的清晰图景：性别偏向表达方面，G25、G28、G42与成体四个关键性腺发育阶段的检测显示，性别差异表达基因数量随性腺分化进程显著递增，其中SLR区域聚集了更多性别偏向表达基因：卵巢中的zp3、pgam5等基因高表达，睾丸中ptgr1、cribp等基因活跃，这种组织特异性的表达分化，既保障了雌雄性腺的正常发育，又避免了性染色体全面失衡。

等位基因特异性表达（ASE）则聚焦X-Y染色体的表达平衡，通过检测雌雄个体性腺与体细胞的等位基因表达比值发现，仅在雄性性腺中存在轻度ASE，其他组织均无显著差异，这与XY染色体高共线性、低分化的特征高度契合，说Y染色体未出现因退化导致的表达沉默或剂量补偿需求。

（5）性别分化候选基因鉴定

研究团队围绕性别分化候选基因挖掘与分析进行了研究，在SLR内鉴定了395个至少包含一个雄性特异性错义突变SNP的基因。接着通过WGCNA分析将雌雄性腺表达基因聚类为20个模块，从中识别出 Me07与Me09两个与性别呈显著正相关的关键模块，进一步锁定性别发育相关的核心基因集。其中，zp3、pgam5、c8h9orf78、ptgr1和cirbp这五个候选基因尤为突出：zp3、pgam5、c8h9orf78在后期发育阶段的卵巢中持续高表达，ptgr1、cirbp则在睾丸中显著活跃，展现出贯穿多个发育时期的高度性别特异性表达模式，暗示它们在雌雄性腺分化中承担关键功能。

此外，为明确这些基因背后的调控网络，研究对四类核心基因集（Me07模块基因、Me09模块基因、SLR内的错义突变基因、SLR内的性连锁基因）分别进行KEGG通路富集分析，结果显示PI3K-Akt信号通路在这四个基因集中均显著富集；结合该通路在脊椎动物中已被证实的 “调控原始卵泡激活与精子发生” 功能，以及峨眉髭蟾性腺发育的生物学特征，进一步表明PI3K-Akt信号通路可整合zp3等候选基因的功能效应，在峨眉髭蟾性腺发育或分化过程中发挥核心调控作用。