杂交雌性线虫中外交配物种等位基因表达优势揭示核质不相容与生殖隔离新机制

　　本研究针对秀丽隐杆线虫(C. briggsae)与近缘种C. nigoni杂交产生的F1代雌性存活但存在生殖缺陷的现象，通过RNA测序分析揭示了外杂交物种C. nigoni等位基因在杂交个体中的表达优势。研究发现线粒体基因的顺式(cis)调控主导模式暗示核质不相容机制，且X染色体富集的异常表达基因与杂交不亲和性相关，为理解物种间生殖隔离提供了新视角。

　　

在进化生物学领域，近缘物种间杂交产生的生殖隔离现象一直是研究热点。秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis briggsae)与其姊妹种C. nigoni作为首个能产生可存活F1代杂交后代的线虫模型，展现出独特的遗传不对称性：杂交雄性后代致死或不育，而雌性后代虽可存活却表现出显著的生殖力差异。更引人注目的是，这些杂交雌性与C. nigoni雄性回交可产生可存活后代，但与C. briggsae雄性回交则出现杂交衰退现象。这种方向性生殖隔离背后的分子机制长期未明，成为理解物种形成的关键科学问题。

香港城市大学和香港浸会大学的研究团队在《Genome Biology and Evolution》发表的研究中，通过对双向杂交获得的F1代雌性进行转录组分析，揭示了外杂交物种C. nigoni基因组的表达优势及其对生殖性状的影响。研究采用双向杂交设计获得BN（C. briggsae♂×C. nigoni♀）和NB（C. nigoni♂×C. briggsae♀）两种杂交雌性，利用Illumina MiSeq平台进行链特异性RNA测序。通过将reads比对到两物种联合基因组，采用HTSeq-count进行基因计数，使用edgeR分析差异表达，并运用互惠最佳BLASTP鉴定直系同源基因。

结果部分

杂交个体基因表达变异性降低
分析显示F1杂交体中两单倍型的基因表达差异较亲本物种显著减小。在10,381对表达的直系同源基因中，亲本物种间23%存在显著差异表达，而杂交体内仅13-17%显示等位基因特异性表达(ASE)差异。

C. nigoni基因在杂交体中保持更稳定的表达模式
C. nigoni单倍型基因在两种杂交方向中均表现出更强的亲本表达相关性。表达遗传模式分析显示，C. nigoni显性基因数量是C. briggsae显性的近两倍（BN中27.3% vs 13.8%）。

NB杂交体具有更多异常表达基因
NB杂交体含有23.1%的越亲基因（transgressive genes），显著高于BN的14.8%。这些基因在NB中富集于线粒体功能通路，可能解释其较低存活性。

顺式调控基因在杂交体中占主导地位
40%以上基因呈现顺式(cis)调控模式，且在线粒体编码基因中占比高达85%。X染色体则显著富集反式(trans)调控基因，暗示其在杂交不亲和性中的作用。

核质不相容的分子证据
线粒体相关基因呈现显著的顺式调控偏好，且NB杂交体中核编码线粒体基因的异常表达更显著，表明C. briggsae线粒体与C. nigoni核基因组存在互作冲突。

讨论与意义
该研究首次系统揭示了C. nigoni-C. briggsae杂交雌性中基因表达的定向不对称性，验证了"弱自交/强外交"(WISO)假说。发现外杂交物种C. nigoni的等位基因在雌性生殖相关基因中占据表达优势，这解释了杂交后代仅与C. nigoni雄性回交可育的现象。线粒体基因的顺式调控特征为核质不相容提供了直接证据，而X染色体富集的异常表达基因则暗示性染色体在生殖隔离中的特殊作用。

这项研究不仅为理解线虫物种形成提供了新视角，其建立的杂交体系分析范式还可推广至其他模式生物。发现的核质互作冲突机制对解释杂交不育具有普适性意义，而性别偏倚基因的表达调控规律则为进化发育生物学提供了重要案例。未来研究可进一步探索这些调控差异如何转化为表型变异，以及它们在不同生态环境下的适应性价值。