Science论文揭秘壁虎性染色体“出生潮”，气候变化驱动XY/ZW系统在千万年窗口期集中起源

脊椎动物的性别决定系统极为多样，从环境依赖性性别决定（ESD）到基因型性别决定（GSD），其中GSD通常表现为雄性异配（XY）或雌性异配（ZW）。性染色体在谱系内部和谱系之间快速演化，这引出一个问题：为什么特定的祖先染色体会被反复招募为性染色体？

尽管性染色体形成和分化的过程已被广泛研究，但不同性别决定系统之间转换的驱动因素仍然难以捉摸。理论模型提示，环境不稳定可能促进从ESD向GSD的转换，但实证支持有限。也不清楚为什么某些谱系演化出XY系统而另一些则演化出ZW系统。壁虎为回答这些问题提供了一个特别有价值的模型：该支系在性别决定方面表现出非凡的多样性，包括温度依赖性性别决定（TSD）以及多个独立演化的、处于不同分化阶段的XY和ZW系统。在一项新的研究中，研究团队结合了染色体水平基因组组装、系统发育重建和比较转录组学，以探索环境压力、基因组结构和演化约束如何共同塑造性染色体演化。

他们完成了19种壁虎物种的染色体水平基因组组装，涵盖所有现存的七个科，并捕获了TSD、XY和ZW系统。结合已发表的三个壁虎基因组，祖先核型重建揭示，20个GSD物种中的22个性染色体系统独立起源于17条祖先染色体。尽管起源独立，但其时间并非随机：11个可定年谱系中有5个在700万至1200万年的时间窗口内开始分化其性染色体，这与中新世中期气候转型期（MMCT）相吻合。演化方向也非随机。

对最古老的性别分化区域（SDRs）的比较转录组学分析表明，祖先基因含量与随后的性染色体轨迹相关：含有相对于基因组背景过剩的睾丸优先表达基因（TPEGs）的区域倾向于演化为ZW系统，而TPEG比例降低的区域则倾向于演化为XY——这一模式在多个独立的羊膜动物性染色体起源中均可观察到。在壁虎谱系中，Y和W染色体表现出年龄依赖性的基因保留模式，且大多数壁虎通过提高异配性别中性连锁基因的表达，演化出部分性别间的剂量平衡。

综上所述，这项研究的结果表明，壁虎中性染色体反复独立起源反映了外部环境背景和内在基因组内容的共同影响。重大气候变化可能创造了有利于从ESD向GSD转换的条件，而祖先基因表达中预先存在的差异似乎与随后演化出雄性异配还是雌性异配相关。总之，这些发现表明，性染色体演化遵循受祖先基因组倾向和更广泛环境背景所塑造的受限路径，而非纯粹的随机过程。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Yang Zhou et al, Genomic predisposition is associated with the direction of sex chromosome evolution, Science (2026). DOI: 10.1126/science.aec3449.