Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Bản đồ nhiễm sắc thể của rắn hổ mang Xiêm: liệu sự đồng vị phần nào của nhiễm sắc thể giới tính trong nhóm động vật có vỏ có đại diện cho “một nhiễm sắc thể siêu giới tính tổ tiên giả định” hay sự phân bố ngẫu nhiên?
Tóm tắt
Khác với cấu trúc nhiễm sắc thể của hầu hết các loài rắn (2n=36), karyotype của rắn hổ mang cho thấy số lượng nhiễm sắc thể lưỡng bội là 38 với một nhiễm sắc thể W có tính dị nhiễm cao và một nhiễm sắc thể thứ 2 có hình thái khác biệt lớn. Để điều tra quá trình phân hóa và tiến hóa nhiễm sắc thể giới tính giữa các loài rắn hổ mang, hầu hết các loài rắn và các amniote khác, chúng tôi đã xây dựng một bản đồ nhiễm sắc thể của rắn hổ mang Xiêm (Naja kaouthia) với 43 nhiễm sắc thể nhân tạo (BACs) lấy từ thư viện gà và chim yến, sử dụng kỹ thuật lai huỳnh quang in situ (FISH), và so sánh với cà của gà, chim yến và các amniote khác. Chúng tôi đã tạo ra một bản đồ nhiễm sắc thể chi tiết của bộ gen rắn hổ mang Xiêm, tập trung vào nhiễm sắc thể thứ hai và nhiễm sắc thể giới tính. Sự đồng vị của nhiễm sắc thể thứ hai rắn hổ mang Xiêm (NKA2) và NKAZ đã được bảo tồn cao giữa các loài rắn và các loài bò sát squamate khác, ngoại trừ các sự tái tổ chức trong nhiễm sắc thể NKA2. Thú vị thay, mười hai BACs có một phần tương đồng với nhiễm sắc thể giới tính của một số amniote đã được lập bản đồ trên NKAW dưới dạng tín hiệu lai như các trình tự lặp lại. Phân tích trình tự cho thấy rằng hầu hết các BACs này chứa tỷ lệ cao các yếu tố di động. Ngoài ra, tín hiệu lai của các trình tự lặp telomeric (TTAGGG)n và sáu motif lặp microsatellite ((AAGG)8, (AGAT)8, (AAAC)8, (ACAG)8, (AATC)8, và (AAAAT)6) đã được quan sát trên NKAW, và hầu hết trong số này cũng được tìm thấy trên các nhiễm sắc thể giới tính khác của amniote. Việc khuếch đại các trình tự lặp lại có thể liên quan đến việc hình thành heterochromatin và thúc đẩy sự phân hóa nhiễm sắc thể giới tính trong nhiễm sắc thể giới tính W của rắn hổ mang Xiêm. Các trình tự lặp lại cũng được chia sẻ giữa các nhiễm sắc thể giới tính amniote, điều này hỗ trợ giả thuyết về một nhiễm sắc thể siêu giới tính tổ tiên với sự trùng lắp của các đồng vị phần nào. Mặt khác, việc khuếch đại các motif lặp microsatellite có thể đã xảy ra độc lập trong mỗi nhánh, đại diện cho sự phân hóa nhiễm sắc thể giới tính hội tụ giữa các nhiễm sắc thể giới tính amniote.
Từ khóa
#nhiễm sắc thể #rắn hổ mang Xiêm #lai huỳnh quang in situ #giới tính #sự đồng vị nhiễm sắc thểTài liệu tham khảo
Charlesworth B. The evolution of sex chromosomes. Science. 1991;251:1030–3.
Bachtrog D, Mank JE, Peichel CL, et al. Sex Determination: why so many ways of doing it? PLoS Biol. 2014;12:e1001899.
Charlesworth D, Charlesworth B, Marais G. Steps in the evolution of heteromorphic sex chromosomes. Heredity (Edinb). 2005;95:118–28.
Ezaz T, Srikulnath K, Graves JA. Origin of amniote sex chromosomes: an ancestral super-sex chromosome, or common requirements? J Hered. 2017;108:94–105.
Kawagoshi T, Uno Y, Nishida C, Matsuda Y. The Staurotypus Turtles and Aves share the same origin of sex chromosomes but evolved different types of heterogametic sex determination. PLoS One. 2014;9:e105315.
Kawagoshi T, Uno Y, Matsubara K, Matsuda Y, Nishida C. The ZW micro-sex chromosomes of the Chinese soft-shelled turtle (Pelodiscus sinensis, Trionychidae, Testudines) have the same origin as chicken chromosome 15. Cytogenet Genome Res. 2009;125:125–31.
Kawagoshi T, Nishida C, Matsuda Y. The origin and differentiation process of X and Y chromosomes of the black marsh turtle (Siebenrockiella crassicollis, Geoemydidae, Testudines). Chromosome Res. 2012;20:95–110.
Badenhorst D, Stanyon R, Engstrom T, Valenzuela N. A ZZ/ZW microchromosome system in the spiny softshell turtle, Apalone spinifera, reveals an intriguing sex chromosome conservation in Trionychidae. Chromosome Res. 2013;21:137–47.
Montiel EE, Badenhorst D, Tamplin J, Burke RL, Valenzuela N. Discovery of the youngest sex chromosomes reveals first case of convergent co-option of ancestral autosomes in turtles. Chromosoma. 2016;126:105–13.
Kawai A, Ishijima J, Nishida C, et al. The ZW sex chromosomes of Gekko hokouenesis (Gekkonidae, Squamata) represent highly conserved homology with those of avian species. Chromosoma. 2009;118:43–51.
Srikulnath K, Uno Y, Nishida C, Ota H, Matsuda Y. Karyotype reorganization in the Hokou gecko (Gekko hokouenesis, Gekkonidae): the process of microchromosome disappearance in Gekkota. PLoS One. 2015;10:e0134829.
Alföldi J, Palma FD, Grabherr M, et al. The genome of the green anole lizard and a comparative analysis with birds and mammals. Nature. 2011;477:587.
Ezaz T, Azad B, O’Meally D, et al. Sequence and gene content of a large fragment of a lizard sex chromosome and evaluation of candidate sex differentiating gene R-spondin 1. BMC Genomics. 2013;14:899.
Srikulnath K, Matsubara K, Uno Y, Nishida C, Olsson M, Matsuda Y. Identification of the linkage group of the Z sex chromosomes of the sand lizard (Lacerta agilis, Lacertidae) and elucidation of karyotype evolution in lacertid lizards. Chromosoma. 2014;123:563–75.
Veyrunes F, Waters PD, Miethke P, et al. Bird-like sex chromosomes of platypus imply recent origin of mammal sex chromosomes. Genome Res. 2008;18:965–73.
Srikulnath K, Matsubara K, Uno Y, et al. Karyological characterization of the butterfly lizard (Leiolepis reevesii rubritaeniata, Agamidae, Squamata) by molecular cytogenetic approach. Cytogenet Genome Res. 2009;125:213–23.
Srikulnath K, Nishida C, Matsubara K, et al. Karyotypic evolution in squamate reptiles: comparative gene mapping revealed highly conserved linkage homology between the butterfly lizard (Leiolepis reevesii rubritaeniata, Agamidae, Lacertilia) and the Japanese four-striped rat snake (Elaphe quadrivirgata, Colubridae, Serpentes). Chromosome Res. 2009;17:975–86.
Srikulnath K, Uno Y, Nishida C, Matsuda Y. Karyotype evolution in monitor lizards: cross-species chromosome mapping of cDNA reveals highly conserved synteny and gene order in the Toxicofera clade. Chromosome Res. 2013;21:805–19.
Pokorná M, Giovannotti M, Kratochvíl L, et al. Strong conservation of the bird Z chromosome in reptilian genomes is revealed by comparative painting despite 275 million years divergence. Chromosoma. 2011;120:455–68.
Gamble T, Castoe TA, Nielsen SV, et al. The discovery of XY sex chromosomes in a Boa and Python. Curr Biol. 2017;27:2148–2153.e4.
Matsubara K, Tarui H, Toriba M, et al. Evidence for different origin of sex chromosomes in snakes, birds, and mammals and step-wise differentiation of snake sex chromosomes. Proc Natl Acad Sci U S A. 2006;103:18190–5.
Laopichienpong N, Muangmai N, Chanhome L, et al. Evolutionary dynamics of the gametologous CTNNB1 gene on the Z and W chromosomes of snakes. J Hered. 2017;108:142–51.
Laopichienpong N, Tawichasri P, Chanhome L, et al. A novel method of caenophidian snake sex identification using molecular markers based on two gametologous genes. Ecol Evol. 2017;7:4661–9.
Tawichasri P, Laopichienpong N, Chanhome L, et al. Using blood and non-invasive shed skin samples to identify sex of caenophidian snakes based on multiplex PCR assay. Zool Anz. 2017;271:6–14.
Augstenová B, Mazzoleni S, Kratochvíl L, Rovatsos M. Evolutionary dynamics of the W chromosome in caenophidian snakes. Genes. 2018;9:5.
Matsubara K, O'Meally D, Azad B, et al. Amplification of microsatellite repeat motifs is associated with the evolutionary differentiation and heterochromatinization of sex chromosomes in Sauropsida. Chromosoma. 2015a;125:111–23.
Matsubara K, Uno Y, Srikulnath K, Matsuda Y, Miller E, Olsson M. No interstitial telomeres on autosomes but remarkable amplification of telomeric repeats on the W sex chromosome in the sand lizard (Lacerta agilis). J Hered. 2015b;106:753–7.
Matsubara K, Nishida C, Matsuda Y, Kumazawa Y. Sex chromosome evolution in snakes inferred from divergence patterns of two gametologous genes and chromosome distribution of sex chromosome-linked repetitive sequences. Zool Lett. 2016;2:19.
Oguiura N, Ferrarezzi H, Batistic RF. Cytogenetics and molecular data in snakes: a phylogenetic approach. Cytogenet Genome Res. 2009;127:128–42.
O’Meally D, Patel HR, Stiglec R, et al. Non-homologous sex chromosomes of birds and snakes share repetitive sequences. Chromosome Res. 2010;18:787–800.
Epplen JT, McCarrey JR, Sutou S, Ohno S. Base sequence of a cloned snake W-chromosome DNA fragment and identification of a male-specific putative mRNA in the mouse. Proc Natl Acad Sci U S A. 1982;79:3798–802.
Vicoso B, Emerson JJ, Zektser Y, Mahajan S, Bachtrog D. Comparative sex chromosome genomics in snakes: differentiation, evolutionary strata, and lack of global dosage compensation. PLoS Biol. 2013;11:e1001643.
Matsuda Y, Nishida-Umehara C, Tarui H, et al. Highly conserved linkage homology between birds and turtles: bird and turtle chromosomes are precise counterparts of each other. Chromosome Res. 2005;13:601–15.
Matsubara K, Kuraku S, Tarui H, et al. Intra-genomic GC heterogeneity in sauropsids: evolutionary insights from cDNA mapping and GC (3) profiling in snake. BMC Genomics. 2012;13:604.
Olmo E, Signorino G. Chromorep: a reptile chromosomes. database. 2005; http://chromorep.univpm.it. Accessed 26 July 2018.
Damas J, O'Connor R, Farré M, et al. Upgrading short-read animal genome assemblies to chromosome level using comparative genomics and a universal probe set. Genome Res. 2017;27:875–84.
O’Connor RE, Romanov MN, Kiazim LG, et al. Reconstruction of the diapsid ancestral genome permits chromosome evolution tracing in avian and non-avian dinosaurs. Nat Commun. 2018;9:1883.
O'Connor RE, Farré M, Joseph S, et al. Chromosome-level assembly reveals extensive rearrangement in saker falcon and budgerigar, but not ostrich, genomes. Genome Biol. 2018;19:171.
Graves JAM. Sex chromosome specialization and degeneration in mammals. Cell. 2006;124:901–14.
Schartl M, Schmid M, Nanda I. Dynamics of vertebrate sex chromosome evolution: from equal size to giants and dwarfs. Chromosoma. 2016;125:553–71.
Young MJ, O’Meally D, Sarre SD, Georges A, Ezaz T. Molecular cytogenetic map of the central bearded dragon, Pogona vitticeps (Squamata: Agamidae). Chromosome Res. 2013;21:361–74.
Perry BW, Card DC, McGlothlin JW, et al. Molecular adaptations for sensing and securing prey and insight into amniote genome diversity from the garter snake genome. Genome Biol Evol. 2018;10:2110–29.
Rovatsos M, Altmanová M, Pokorná JM, Augstenová B, Kratochvíl L. Cytogenetics of the Javan file snake (Acrochordus javanicus) and the evolution of snake sex chromosomes. J Zool Syst Evol Res. 2018;56:117–25.
Pyron RA, Burbrink FT, Wiens JJ. A phylogeny and revised classification of Squamata, including 4161 species of lizards and snakes. BMC Evol Biol. 2013;13:93.
Steinemann S, Steinemann M. Retroelements: tools for sex chromosome evolution. Cytogenetic Genom Res. 2005;110:134–43.
Supikamolseni A, Ngaoburanawit N, Sumontha M, et al. Molecular barcoding of venomous snakes and species-specific multiplex PCR assay to identify snake groups for which antivenom is available in Thailand. Genet Mol Res. 2015;14:13981–97.
Turpin R, Lejeune J. Les Chromosomes Humains. Paris: Gauthier-Villars; 1965.
Levan A, Fredga K, Sandberg A. Nomenclature for centromeric position on chromosomes. Hereditas. 1964;52:201–20.
Sumner AT. A simple technique for demonstrating centromeric heterochromatin. Exp Cell Res. 1972;75:304–6.
Matsuda Y, Chapman VM. Application of fluorescence in situ hybridization in genome analysis of the mouse. Electrophoresis. 1995;16:261–72.
Smit AFA, Hubley R, Green P. RepeatMasker Open-4.0. 2015. http://www.repeatmasker.org. Accessed 26 July 2018.
Faircloth BC. MSATCOMMANDER: detection of microsatellite repeat arrays and automated, locus-specific primer design. Mol Ecol Resour. 2008;8:92–4.
Matsubara K, Knopp T, Sarre SD, Georges A, Ezaz T. Karyotypic analysis and FISH mapping of microsatellite motifs reveal highly differentiated XX/XY sex chromosomes in the pink-tailed worm-lizard (Aprasia parapulchella, Pygopodidae, Squamata). Mol Cytogenet. 2013;6:60.
Rovatsos M, Johnson Pokorná M, Kratochvíl L. Differentiation of sex chromosomes and karyotype characterisation in the dragonsnake Xenodermus javanicus (Squamata: Xenodermatidae). Cytogenet. Genome Res. 2015;147:48–54.
Grützner F, Rens W, Tsend-Ayush E, et al. In the platypus a meiotic chain of ten sex chromosomes shares genes with the bird Z and mammal X chromosomes. Nature. 2004;432:913–7.
Montiel EE, Badenhorst D, Lee LS, Literman R, Trifonov V, Valenzuela N. Cytogenetic insights into the evolution of chromosomes and sex determination reveal striking homology of turtle sex chromosomes to amphibian autosomes. Cytogenet Genome Res. 2016;148:292–304.