大家好撕贞，本周給大家分享的是最近發(fā)表在NC上與選擇性剪接適應(yīng)環(huán)境相關(guān)的一篇文章。
文章題目：Alternative splicing in seasonal plasticity and the potential for adaptation to environmental change (季節(jié)可塑性中的選擇性剪接和適應(yīng)環(huán)境變化的潛力)
期刊： Nature communications
影響因子：2020_IF = 14.919; 中科大類: 綜合性期刊 1區(qū); 中科小類: 綜合性期刊 1區(qū); JCR分區(qū): Q1
發(fā)文單位：瑞典斯德哥爾摩大學(xué)测垛、荷蘭科學(xué)中心和英國(guó)利物浦大學(xué)3家單位捏膨。
文章作者：瑞典斯德哥爾摩大學(xué)Rachel A. Steward 為第一作者，Christopher W. Wheat為通訊作者食侮。
摘要：季節(jié)可塑性是通過嚴(yán)格調(diào)控的發(fā)育級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的号涯，這些級(jí)聯(lián)將環(huán)境線索轉(zhuǎn)化為特征變化。關(guān)于選擇性剪接和其他轉(zhuǎn)錄后分子機(jī)制如何促進(jìn)可塑性锯七，或者這些機(jī)制如何影響可塑性的進(jìn)化链快，我們知之甚少。該研究作者使用來自蝴蝶Bicyclus anynana（季節(jié)可塑性的模型系統(tǒng)）的轉(zhuǎn)錄組學(xué)和基因組數(shù)據(jù)眉尸，比較差異表達(dá)和剪接的程度域蜗，并測(cè)試這些轉(zhuǎn)錄可塑性軸在進(jìn)化變化潛力方面的差異。在季節(jié)變化之間效五，作者發(fā)現(xiàn)地消，與差異表達(dá)相比，差異剪接對(duì)一組較小但功能獨(dú)特的基因產(chǎn)生影響畏妖。此外，作者強(qiáng)烈支持新的假設(shè)疼阔，即剪接基因比差異表達(dá)基因更容易受到季節(jié)可塑性選擇導(dǎo)致的遺傳變異侵蝕戒劫。研究結(jié)果表明半夷，剪接可塑性特別容易受到遺傳限制，這可能會(huì)影響野生種群對(duì)快速變化的環(huán)境做出反應(yīng)的潛力迅细。
主要結(jié)果：
1巫橄、季節(jié)可塑性中剪接比表達(dá)的作用小
作者比較了來自七個(gè)家族的成年雌性雙環(huán)斑蝶腹部（69個(gè)樣本）和胸部（70個(gè)樣本）外顯子表達(dá)的差異。為了評(píng)估剪接在可塑性中的作用茵典，并將其與表達(dá)進(jìn)行比較湘换，作者采用全因子分析研究了季節(jié)性變體之間的差異外顯子表達(dá)模式。盡管在腹部和胸部之間發(fā)現(xiàn)了廣泛的差異外顯子表達(dá)统阿，但季節(jié)性環(huán)境對(duì)外顯子使用和表達(dá)的影響在組織之間非常相似（圖1a-d）彩倚。正如在其他表型可塑性生物體中發(fā)現(xiàn)的那樣，差異剪接的基因（圖1a）比差異表達(dá)的基因（圖1b）少一個(gè)數(shù)量級(jí)扶平。在季節(jié)性變體之間帆离，腹部有4.1%的過濾基因（n=363），胸部有2.5%（n=172）的差異剪接（圖1a）结澄。
圖1. 兩種蝴蝶組織中的差異剪接和差異表達(dá)哥谷。在腹部和胸部顯示，差異外顯子表達(dá)(a)比差異全基因表達(dá)(b)的基因少一個(gè)數(shù)量級(jí)麻献。
2们妥、可塑性中剪接和表達(dá)的互補(bǔ)作用
許多差異表達(dá)基因的外顯子沒有顯著差異，這表明外顯子表達(dá)和整個(gè)基因表達(dá)在可塑性中起著非冗余作用勉吻。例如王悍，在按季節(jié)差異表達(dá)的腹部基因中（n=5335），只有4%的基因也按季節(jié)表達(dá)不同的外顯子（圖2a）餐曼。然后压储，作者定量評(píng)估了差異外顯子和全基因表達(dá)在可塑性調(diào)節(jié)方面的差異，發(fā)現(xiàn)外顯子表達(dá)的基因內(nèi)變化小于整個(gè)基因表達(dá)的變化（圖2b）源譬。將所有差異剪接基因的外顯子水平的變化與基因水平的變化進(jìn)行比較集惋，基因表達(dá)的總體水平與這些基因內(nèi)的外顯子表達(dá)的相對(duì)水平之間沒有關(guān)系（圖2c）。為了評(píng)估季節(jié)性變體之間和家族之間受差異外顯子表達(dá)影響的過程和功能的差異，我們比較了顯著差異剪接、表達(dá)或兩者兼有的基因的功能注釋（GO注釋）彬伦。富集的GO注釋集之間幾乎沒有功能重疊（圖2d）液样，表明GO注釋不太可能在全基因表達(dá)差異的基因集和外顯子表達(dá)差異的基因集之間共享。
圖2. 在季節(jié)可塑性中徽惋，選擇性剪接對(duì)整個(gè)基因表達(dá)起著較小但互補(bǔ)的作用。a、對(duì)于季節(jié)和家族的主要影響翘紊，差異剪接（DS，差異外顯子表達(dá)藐唠；紅色）和差異表達(dá)（DE帆疟，差異全基因表達(dá)鹉究；藍(lán)色）基因集的成對(duì)重疊（紫色）明顯多于從過濾數(shù)據(jù)集的大小預(yù)測(cè)的，而在剪接或表達(dá)中具有季節(jié)性家族相互作用（SxF）的基因完全沒有重疊踪宠。b自赔、差異剪接（紅色）的效應(yīng)大小通常小于差異表達(dá)（藍(lán)色）。c柳琢、在季節(jié)之間绍妨、家系之間或SxF之間進(jìn)行比較時(shí)，全基因?qū)?shù)倍變化和外顯子對(duì)數(shù)倍變化之間沒有關(guān)系柬脸。d他去、Euler圖顯示，對(duì)于差異表達(dá)（藍(lán)色）肖粮、差異表達(dá)和差異剪接（紫色）或僅差異剪接（紅色）的基因孤页，很少有GO術(shù)語在這些基因集之間重疊。
3涩馆、自然種群中季節(jié)性剪接基因的限制
使用來自野生種群的個(gè)體（圖3a）行施，作者量化了編碼序列中的成對(duì)核苷酸多樣性（π）來比較具有差異外顯子表達(dá)、差異全基因表達(dá)或兩者的基因之間的水平（圖3b）魂那。盡管使用獨(dú)立數(shù)據(jù)估計(jì)π蛾号，作者在季節(jié)性環(huán)境中差異表達(dá)的整個(gè)基因中檢測(cè)到π增加（圖3c）。有趣的是涯雅，這種遺傳變異的減少似乎不是選擇性剪接本身的結(jié)果鲜结，而是一種僅在具有季節(jié)性可塑性剪接的基因中發(fā)現(xiàn)的模式；家族間外顯子表達(dá)差異的基因和家族間全基因表達(dá)差異的基因都與π的增加在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上相關(guān)（圖3d）活逆。接下來精刷，作者研究了這種季節(jié)性非遺傳多型性的強(qiáng)烈選擇是否會(huì)在B. anynana基因組中留下長(zhǎng)期的選擇信號(hào)。為了評(píng)估差異性蔗候，作者計(jì)算了B. anynana和Pararge aegeria（圖3e）基因組之間共享的單拷貝同源基因之間的非同義核苷酸差異率（w）怒允。在兩種組織中作者均未觀察到季節(jié)性差異外顯子表達(dá)對(duì)w影響的一致證據(jù)（圖3g）。唯一的統(tǒng)計(jì)支持是胸部不同季節(jié)的差異表達(dá)基因和腹部的家族差異表達(dá)基因的核苷酸差異增加（圖3h）锈遥。
圖3. 短期而非長(zhǎng)期約束取決于可塑性的分子機(jī)制纫事。a、從馬拉維的宗巴采集了五只蝴蝶所灸，并用于種群基因組學(xué)研究丽惶。b、計(jì)算了B.anynana注釋中14402個(gè)基因的核苷酸多樣性（π）爬立，其中10155個(gè)為多外顯子钾唬。柱狀圖表示π值的分布。c、季節(jié)性差異剪接（DS知纷，差異外顯子表達(dá)）基因降低了π壤圃。d陵霉、家族中屬于DS或DE的基因相對(duì)于基因組的其他部分傾向于增加π琅轧。e、計(jì)算了B. anynana 和Pararge aegeria 之間的核苷酸差異（w）踊挠。f乍桂、計(jì)算9306個(gè)單拷貝直系同源基因的w，其中6369個(gè)為多外顯子效床。g睹酌、不同季節(jié)差異表達(dá)或差異剪接的基因之間的w沒有差異。h剩檀、在家系中憋沿，僅DE基因的w值較高，盡管這種模式在不同組織中不一致沪猴。
4辐啄、核苷酸多樣性因特定剪接事件而異
為了驗(yàn)證不同剪接事件類型對(duì)季節(jié)性剪接基因中觀察到的遺傳變異的侵蝕有不同影響的假設(shè)，作者量化了形態(tài)之間的剪接事件运嗜，評(píng)估功能性異構(gòu)體的維持壶辜，并比較了不同剪接事件類型對(duì)核苷酸多樣性的影響。有助于選擇性剪接的各種剪接事件類型（圖4a）在調(diào)節(jié)方式（cis vs trans）和導(dǎo)致非功能性mRNAs與功能性蛋白質(zhì)亞型無義介導(dǎo)衰變的可能性方面都不同担租≡颐瘢基于事件的分析確定了所有選擇性剪接事件（圖4b）和季節(jié)性變體之間顯著差異剪接的事件子集（圖4b），在腹部和胸部奋救，跳過外顯子（SE）和互斥外顯子（MXE）最豐富岭参，而IR事件最少。作者在差異剪接基因中發(fā)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)化約束的額外證據(jù)尝艘，定義為至少包含一個(gè)季節(jié)間顯著差異剪接事件的基因演侯，與含有選擇性剪接事件的基因和不含剪接的多外顯子基因相比，這類基因的π較低（圖4c）利耍。根據(jù)剪接事件類型蚌本，只有包含差異剪接MXE事件的基因沒有顯示出類似的遺傳侵蝕模式（圖4d）, SE和MXE事件都涉及盒式外顯子，這些外顯子被包括或排除隘梨，以產(chǎn)生替代性蛋白質(zhì)產(chǎn)品程癌，并且通常依賴于比其他剪接事件類型更復(fù)雜的調(diào)節(jié)機(jī)制。
圖4. 不同剪接事件類型的遺傳變異侵蝕不同轴猎。a嵌莉、五種主要的剪接事件類型：可變3’（A3SS）和5’剪接位點(diǎn)（A5SS）、跨越外顯子（SE）捻脖、內(nèi)含子保留（IR）和互斥外顯子（MXE）锐峭。b中鼠、在腹部檢測(cè)到的小部分剪接事件在季節(jié)性變體之間存在顯著差異（彩色條）。c沿癞、無剪接事件（None援雇，淺灰色）、無顯著剪接（NS椎扬，深灰色）和季節(jié)差異剪接（DS惫搏，黃色）的基因之間的核苷酸多樣性（π）表明季節(jié)性剪接基因的多態(tài)性降低。d蚕涤、對(duì)于包含一種事件類型的基因筐赔，在所有事件類型中，DS基因中的π低于兩種NS基因揖铜。
總之通過關(guān)注不同剪接的基因茴丰，作者發(fā)現(xiàn)了與季節(jié)可塑性相關(guān)的遺傳多樣性降低的模式，這與它們是純化選擇的目標(biāo)一致天吓。研究結(jié)果表明贿肩，差異剪接可能為檢測(cè)可塑性表型下的重要基因提供了另一種途徑。
文中所有圖片均來自Alternative splicing in seasonal plasticity and the potential for adaptation to environmental change
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參考文獻(xiàn)：
Steward, R.A., de Jong, M.A., Oostra, V. et al. Alternative splicing in seasonal plasticity and the potential for adaptation to environmental change. Nat Commun 13, 755 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-28306-8
