脊椎动物性染色体稳定性与轮换：一种发育基因调控网络视角

性染色体在生命之树中反复演化，但其进化命运差异显著。与哺乳动物和鸟类拥有退化稳定 Y/W 染色体的情况形成鲜明对比，在多数两栖动物、脊椎动物类、无鸟类爬行动物和开花植物中，性染色体仍保持较大同源性并频繁发生轮换。诸如进化陷阱假说、性好竞争选择、突变负荷、遗传漂变和自私基因元素等解释力求从种群遗传过程出发，但未能充分解释此模式。本文提出发育基因调控网络（GRN）锁定假说。我们整合了跨脊椎动物的轮换案例研究，综合了关于性决定和剂量调节（DC）的比较发育数据。在哺乳动物和鸟类中，性别由胚胎早期由生物学细胞启动的、在狭窄、热力学缓冲的胚胎窗口内发挥完全显性主信号决定。该信号在高度 canalized 的 GRN 中运行，耦合染色体尺度的剂量补偿，替代剪接事件在主要性别决定中发挥有限或无因果作用。此配置使得新的主性决定基因不易侵入而不会产生有害的中间状态。相比之下，许多 cold-blooded脊椎动物拥有灵活的、综合性的阈值 GRN，其中遗传因素、胚胎细胞和环境输入在较长的敏感胚胎期相互作用，缺乏或以基因为主的 DC，且在关键调控节点附近存在环境响应性剪接，为性决定基因的演化提供了诸多入口。我们概述了经验预测，强调如何将发育生物学、分子机制和种群遗传学整合以构建 testable 模型，以阐明性染色体何时变得进化上锁定而发生重复轮换。