The evolution of gene expression levels in mammalian organs

摘要

基因表達(dá)的變化被認(rèn)為是物種之間許多表型差異的基礎(chǔ)引润。然而，直到最近痒玩，技術(shù)限制一直阻礙了對基因表達(dá)演化的大規(guī)模分析淳附。在這里，為了了解哺乳動物轉(zhuǎn)錄組進(jìn)化的動態(tài)蠢古，我們報道了來自10種主要哺乳動物譜系(胎盤類奴曙、有袋類和單孔類)和鳥類(進(jìn)化外群)的6個器官的多聚腺苷化RNA的測序。我們發(fā)現(xiàn)便瑟，由于選擇壓力的差異缆毁，基因表達(dá)的進(jìn)化速度在器官番川、譜系和染色體中有所不同: 神經(jīng)組織中的轉(zhuǎn)錄組變化較慢到涂，而睪丸中的轉(zhuǎn)錄組變化較快，嚙齒類動物中的轉(zhuǎn)錄組變化較猿和單孔目動物慢颁督，而X染色體形成后的轉(zhuǎn)錄組變化較快践啄。雖然哺乳動物的基因表達(dá)進(jìn)化在很大程度上是由純化選擇決定的，但我們發(fā)現(xiàn)了許多潛在的選擇性驅(qū)動的表達(dá)開關(guān)沉御，它們在不同的譜系和組織中以不同的速度發(fā)生屿讽，并可能對各種哺乳動物的特定器官生物學(xué)作出貢獻(xiàn)。

引言

哺乳動物共有的特征包括哺乳吠裆、毛發(fā)和結(jié)構(gòu)獨特的相對較大的大腦伐谈。除了這些特征外，個體譜系還進(jìn)化出與生殖试疙、壽命诵棵、認(rèn)知能力和疾病易感性差異有關(guān)的獨特的解剖、生理和行為特征祝旷。這些表型轉(zhuǎn)變背后的分子變化和相關(guān)的選擇壓力已經(jīng)開始利用現(xiàn)有的哺乳動物基因組進(jìn)行研究履澳，這些基因組的數(shù)量正在迅速增加。然而怀跛，盡管基因組分析可能會發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)編碼的變化可能是表型改變的潛在基礎(chǔ)距贷，但影響基因表達(dá)的調(diào)控突變可能解釋許多甚至大多數(shù)物種之間的表型差異。

直到最近吻谋，哺乳動物轉(zhuǎn)錄組的比較基本上僅限于近親靈長類動物或小鼠忠蝗，盡管也嘗試過用微陣列進(jìn)行人鼠比較。然而漓拾，微陣列需要與物種特異性探針雜交什湘，這使得物種間比較轉(zhuǎn)錄本豐度變得困難长赞。RNA測序(RNA-seq)協(xié)議的發(fā)展使得對表達(dá)水平的準(zhǔn)確和敏感的評估成為可能。RNA-seq在轉(zhuǎn)錄組評估中的威力最近在人類個體和近緣靈長類動物身上得到了證實闽撤。

RNA-seq和基因組重注釋

為了高分辨率地研究哺乳動物轉(zhuǎn)錄組的進(jìn)化得哆，我們生成了大腦(大腦皮層或沒有小腦的整個大腦)、小腦哟旗、心臟贩据、腎臟、9種哺乳動物的肝臟和睪丸(通常每一份體細(xì)胞組織取自一名男性和一名女性闸餐，睪丸取自兩名男性): 胎盤哺乳動物(包括人類在內(nèi)的類人猿;恒河獼猴;還有老鼠)饱亮、有袋動物(灰色短尾負(fù)鼠)和單孔目動物(鴨嘴獸)。相應(yīng)的數(shù)據(jù)是針對一種鳥類（紅色叢林雞舍沙，一種非家養(yǎng)雞）生成的(~3億 reads)近上，并用作進(jìn)化的外群。

我們改進(jìn)了現(xiàn)有的ensembl基因組注釋拂铡，通過執(zhí)行初始read比對來檢測轉(zhuǎn)錄區(qū)域和剪接連接(方法和補(bǔ)充說明)壹无，這導(dǎo)致了~31000 - 44500外顯子的邊界修改，并增加了20,000 - 34500個新的外顯子和66000 - 125000個新的剪接連接到已知的蛋白質(zhì)編碼基因感帅。我們還搜索了新的多外顯子轉(zhuǎn)錄位點; 我們的結(jié)果驗證了大多數(shù)集成注釋的蛋白質(zhì)編碼基因斗锭、偽基因和長鏈非編碼RNA基因，但我們也在之前未注釋的區(qū)域檢測到數(shù)千個多外顯子轉(zhuǎn)錄位點(可能代表蛋白質(zhì)編碼或非編碼RNA基因)失球。

新發(fā)現(xiàn)的外顯子轉(zhuǎn)錄水平較低岖是，在序列水平上，與ensemble注釋的外顯子相比实苞，顯著不那么保守(two-tailed P<10^-8, mann - whitney - test)豺撑；然而，與側(cè)翼內(nèi)含子相比黔牵，新外顯子的序列保守程度更高聪轿，剪接位點周圍有可見的峰值，這表明這些外顯子序列中有許多是通過純化選擇保存下來的荧止。

根據(jù)物種,總基因組長度的11 - 30%是有明確的RNA-seq reads比對上(表1)屹电。大部分的覆蓋長度是解釋為保留內(nèi)含子, 但實質(zhì)性的報道也發(fā)現(xiàn)外注釋區(qū)域(表1)。我們的數(shù)據(jù)表明跃巡，脊椎動物(哺乳動物和鳥類)的大部分基因組(34 - 61%)是轉(zhuǎn)錄的危号，這與之前的工作一致。

在此基礎(chǔ)上素邪，我們重新比對了RNA-seq reads外莲，并解決了讀碼比對歧義(方法)。在這篇文章中，我們著重于蛋白質(zhì)編碼基因表達(dá)水平的比較分析偷线。為了在所有10種脊椎動物之間進(jìn)行比較磨确，我們使用了一套5636個一對一(1:1)的同源基因(方法)。對6種靈長類動物使用了一套對應(yīng)的13,277個1:1同源序列声邦。表達(dá)式值被規(guī)范化以使數(shù)據(jù)跨物種(方法)具有可比性乏奥。

哺乳動物基因表達(dá)系統(tǒng)發(fā)育

為了獲得基因表達(dá)模式的初步概述，我們進(jìn)行了主成分分析亥曹，該分析根據(jù)組織清楚地分離了數(shù)據(jù)(只有神經(jīng)組織沒有完全分離)邓了，盡管很大一部分的差異也可以由譜系之間的差異來解釋(圖1a)。

為了更詳細(xì)地重建整體進(jìn)化趨勢媳瞪，我們構(gòu)建了每個組織的表達(dá)距離矩陣骗炉，并重建了基因表達(dá)樹(圖1b)。這些樹與已知的哺乳動物系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系高度一致: 他們正確地解析了三大哺乳動物譜系(胎盤類或真獸類;有袋動物;和單孔目動物)蛇受，將兩個真獸類譜系(靈長類和嚙齒動物)分開句葵，將人類和其他類人猿集中在一起，將獼猴(一種舊世界的猴子)排除在外兢仰。這表明乍丈，調(diào)控的變化在進(jìn)化過程中不斷積累，因此旨别，近親物種有更多相似的表達(dá)水平诗赌『骨眩考慮到物種內(nèi)的變異(包括有時大量的性別偏倚的基因表達(dá))秸弛，以及由于實際和生物學(xué)原因，個體的年齡洪碳、攝食狀況等特征在物種間不能完全匹配递览。因此，我們的數(shù)據(jù)中固有的進(jìn)化信號可能反映了細(xì)胞基因表達(dá)水平的變化或物種間器官細(xì)胞組成的變化瞳腌，超過了采樣差異導(dǎo)致的基因表達(dá)變化绞铃。

圖1| 哺乳動物基因表達(dá)差異的整體模式。a嫂侍，信使RNA表達(dá)水平主成分分析的析因圖儿捧。由主成分解釋的方差所占的比例顯示在括號內(nèi)。b挑宠，哺乳動物基因表達(dá)系統(tǒng)發(fā)育菲盾。小腦和睪丸基于成對距離矩陣(12r, Spearman相關(guān)系數(shù))的鄰居連接樹(見所有六個器官的補(bǔ)充圖2)。Bootstrap值(隨機(jī)取樣5636個1:1的直系同源脊椎動物基因各淀，替換1000次)用圓圈表示:白色懒鉴，0.0.9;黃色,# 0.9。物種顏色代碼:鴨嘴獸，淡藍(lán)色;負(fù)鼠,深藍(lán)色;真獸類(老鼠和靈長類動物)临谱，黑色璃俗。

然而，大猿族內(nèi)的分支模式并不總是反映已知的系統(tǒng)發(fā)育（補(bǔ)充圖2）悉默，尤其是人類城豁、黑猩猩-倭黑猩猩和大猩猩，它們在500-700萬年前才發(fā)生分化抄课。bootstrap分析表明钮蛛，根據(jù)5,636個脊椎動物的1:1直系同源物，這四個物種的分支順序不能有力地建立在體細(xì)胞組織上（bootstrap值剖膳，0.9）魏颓。

為了解決類人猿基因表達(dá)關(guān)系浴韭，我們基于13277種靈長類1:1直系同源物構(gòu)建了表達(dá)系統(tǒng)發(fā)育學(xué)砂竖，這有力地解決了類人猿大分支（即bootstrap值0.9泥畅，大腦除外）舅锄，并揭示了令人驚訝的模式狠轻。在一半的表達(dá)樹（睪丸鳄梅、心臟和大腦）中凌停，人類和大猩猩聚在一起醉拓，而黑猩猩和倭黑猩猩則不屬于這一分支墩瞳。這兩個物種總是聚在一起驼壶，正如預(yù)期的那樣，考慮到它們最近的分歧¹⁹喉酌，盡管黑猩猩和倭黑猩猩并不總是單系的热凹。睪丸樹將人類與大猩猩分組（bootstrap 值為 1；補(bǔ)充圖 5)泪电，這與非洲猿類中雄性生理學(xué)和交配模式的進(jìn)化一致：與不那么混雜的人類和大猩猩相比般妙，高度混雜的黑猩猩和倭黑猩猩進(jìn)化出相對于體型更大的睪丸和更高的精子生成率²⁰。腎臟樹和小腦樹與已知的物種系統(tǒng)發(fā)育一致相速，而肝臟樹有一個有趣的模式：人類落在由其他類人猿組成的進(jìn)化枝之外碟渺，大猩猩和猩猩在該進(jìn)化枝內(nèi)聚集在一起。鑒于肝臟在代謝控制和解毒中的作用突诬，這些模式可能反映了類人猿的飲食差異苫拍，盡管它們也可能反映了樣本個體的進(jìn)食狀態(tài)模式。

譜系和器官表達(dá)進(jìn)化率

從所有物種的共同祖先到樹尖的分支長度非常相似（補(bǔ)充圖 2）旺隙，這表明基因表達(dá)進(jìn)化在不同的哺乳動物譜系中以可比的速度進(jìn)行绒极。然而，在一些組織中通向小鼠的分支明顯較短催束，特別是與通向類人猿和單孔目動物的分支相比（Bonferroni 校正的雙尾 P < 0.05集峦，分別在六個組織中的四個或三個中；隨機(jī)化測試） ?，盡管嚙齒動物 DNA 突變率很高²¹（補(bǔ)充圖 6塔淤；參見補(bǔ)充圖 7對于消除種內(nèi)變異差異的結(jié)果）摘昌。這與由于長鏈影響嚙齒動物譜系的強(qiáng)純化選擇^{22、23 是一致的}高蜂。我們的觀察結(jié)果聪黎，通過另一種系統(tǒng)發(fā)育方法的確認(rèn)（請參見補(bǔ)充說明），與基因表達(dá)研究和蛋白質(zhì)序列進(jìn)化的先前推斷一致备恤，并支持先前的基因表達(dá)進(jìn)化模型稿饰，這些模型將純化選擇作為主導(dǎo)因素。

樹的總分支長度在不同組織間存在很大的差異（圖2a）露泊。在整個卵胎動物和靈長類動物中喉镰，兩種神經(jīng)組織的進(jìn)化速度明顯比其他器官慢（Bonferroni校正的雙尾P <0.001；隨機(jī)化測試）惭笑，表明它們在哺乳動物進(jìn)化過程中可能經(jīng)歷了更強(qiáng)的純化選擇和/或更少的正向選擇侣姆，這一發(fā)現(xiàn)非常引人注目，考慮到大腦在哺乳動物進(jìn)化過程中發(fā)生了重大變化沉噩，包括大小捺宗、結(jié)構(gòu)和細(xì)胞組成等方面，但與先前的研究結(jié)果一致川蒙，這些研究結(jié)果表明神經(jīng)組織可能具有比其他器官更精細(xì)調(diào)節(jié)的表達(dá)網(wǎng)絡(luò)蚜厉。

a, 六種組織（br，腦畜眨；cb昼牛，小腦；ht胶果，心臟匾嘱；kd斤斧，腎早抠；lv，肝撬讽；ts蕊连，睪丸）之間表達(dá)樹總分支長度的比較，適用于所有amniotes動物和靈長類動物數(shù)據(jù)集游昼。誤差甘苍，基于自舉分析的95%置信區(qū)間（1000個重復(fù)，每個物種有一個個體在每個重復(fù)中取樣）烘豌。b载庭，人類和其他物種之間的Spearman相關(guān)關(guān)系。彩色的包絡(luò)顯示了在100次引導(dǎo)復(fù)制中獲得的數(shù)值范圍。c, 治療性X染色體與常染色體的表達(dá)式進(jìn)化率囚聚。矩形反映了X染色體表達(dá)樹（位于X染色體保守區(qū)34的102個1:1直系親屬靖榕；紅色）與常染色體樹（5494個常染色體直系親屬；白色）的中位分支長度（1,000次引導(dǎo)重復(fù)）顽铸。P值基于自舉復(fù)制：星號表示雙尾P<0.05（即在97.5%以上的復(fù)制中茁计，X染色體樹的分支更長），加號表示P<0.1谓松。

肝臟星压、心臟和腎臟在卵胎動物（amniotes）中表現(xiàn)出類似的基因表達(dá)變化率（隨機(jī)化測試不顯著，P> 0.1）鬼譬，而在靈長類動物中娜膘，腎臟的進(jìn)化速度明顯比心臟和肝臟慢（P <0.05；圖2a）优质。值得注意的是劲绪，睪丸曾被證明在表型和分子水平上都進(jìn)化得很快，這可能是由于與精子競爭和其他與性相關(guān)的進(jìn)化力量相關(guān)的正向選擇所致盆赤，是兩個數(shù)據(jù)集中進(jìn)化速度最快的組織（P <0.001）贾富。

成對物種比較證實，基因表達(dá)差異總體上隨著進(jìn)化時間而增加（圖 2b）牺六，這與表達(dá)系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果（見上文）一致颤枪。然而，對于大多數(shù)組織淑际，人類和雞之間的表達(dá)水平與人類和鴨嘴獸之間的表達(dá)水平大致相似畏纲，盡管鳥類譜系在單孔目動物和獸類哺乳動物（即真獸類和有袋類動物）分離前約1.1 億年就發(fā)生了分化。這表明核心器官功能的保護(hù)限制了轉(zhuǎn)錄組的差異春缕。

X染色體上的基因表達(dá)進(jìn)化

接下來盗胀，我們調(diào)查了不同類型染色體上基因表達(dá)變化的速率。獸亞綱的性染色體來自同一祖先的常染色體锄贼，而單孔目動物的多個X和Y染色體則是獨特的票灰，并且在一定程度上與鳥類的性染色體同源。為了測試獸亞綱X染色體的基因表達(dá)進(jìn)化是否在性染色體分化后加速宅荤，我們基于重建的表達(dá)樹中的分支長度屑迂，比較了在兩種染色體類型中（圖2c），既在真獸類也在有袋類中都存在的X連鎖基因（即X染色體保守區(qū)域中的基因）和常染色體基因的表達(dá)變化速率冯键。

這種分析表明惹盼，在真獸類哺乳動物的共同祖先中，X染色體上的基因表達(dá)進(jìn)化速度比常染色體快（對于大腦惫确、小腦和心臟的雙側(cè)P?<?0.05手报；對于腎臟蚯舱、肝臟和睪丸P?<?0.1；隨機(jī)化測試）掩蛤，這對應(yīng)于最初的原型XY染色體進(jìn)化為性染色體的時間晓淀，并且在真獸類的共同祖先中保持加速（對于大腦、小腦和腎臟的雙側(cè)P?<?0.05盏档；對于心臟凶掰、肝臟和睪丸P?<?0.1）。相反蜈亩，X染色體表達(dá)進(jìn)化速度與常染色體近期類似懦窘，如反映在末端真獸類支系上（對于所有組織和分支P> 0.1），符合我們的假設(shè)稚配，即基因表達(dá)進(jìn)化只在新形成的X染色體上以更快的速度進(jìn)行畅涂。

觀察到的模式不太可能反映X染色體作為性染色體的新通用特性（例如其有效種群大小減少或重組率降低），因為這樣的特性會導(dǎo)致X染色體起源后所有分支的進(jìn)化加速道川。相反午衰，它可能反映出新形成的X染色體上功能適應(yīng)速率的增加，潛在地由于在性染色體分化后開始塑造該染色體的與性有關(guān)的選擇性壓力冒萄，和/或與Y染色體退化導(dǎo)致的雄性X染色體劑量減少相關(guān)的選擇性壓力（見下文）臊岸。在這種情況下，值得注意的是尊流，蛋白質(zhì)序列變化的速率（除了具有Y染色體對應(yīng)基因的X連鎖基因）和新基因在X染色體上的固定速率似乎在性染色體分化后增加了帅戒。因此，類似于果蠅崖技，在哺乳動物中早期X染色體的演化似乎具有基因功能適應(yīng)速率增加的特點逻住。

模塊化基因表達(dá)變化

鑒于基因通常一起發(fā)揮作用，不同基因組的一致表達(dá)變化可能通常在表型上相關(guān)迎献。為了識別這種表達(dá)變化瞎访，我們確定了在樣本子集上具有連貫表達(dá)模式的基因組⁴⁰（補(bǔ)充說明）。這些“模塊”被篩選為功能類別的統(tǒng)計顯著豐富吁恍。

在所有amniotes動物數(shù)據(jù)中的 639 個模塊和靈長類動物特定數(shù)據(jù)集中的 197 個模塊中（補(bǔ)充表 4-7扒秸；另請參閱具有全面模塊詳細(xì)信息的可搜索數(shù)據(jù)庫http://www.unil.ch/cbg /ISA/species），有 33 個器官特異性模塊在物種間具有保守的表達(dá)水平（amniotes動物 17 個践盼，靈長類動物 16 個）鸦采，145 個器官（或器官對；見下文）具有不同譜系特異性表達(dá)模式的模塊（amniotes動物 124 個咕幻，靈長類動物 21 個），以及 658 個模塊與特定系統(tǒng)發(fā)育組沒有明確關(guān)系和/或影響多個器官（amniotes動物 498 個顶霞，靈長類動物 160 個）

33 個器官特異性保守模塊富含參與典型過程的基因（例如大腦的突觸傳遞肄程；Benjamini–Hochberg 校正P ?< 0.05）锣吼，從而定義了常見的靈長類/哺乳動物器官功能。

具有譜系特異性表達(dá)模式的 145 個器官特異性模塊為了解不同哺乳動物的器官生物學(xué)提供了線索蓝厌。例如玄叠，全羊膜動物數(shù)據(jù)揭示了 25 個神經(jīng)組織模塊，它們沿著哺乳動物系統(tǒng)發(fā)育的主要末端分支進(jìn)化出不同的表達(dá)水平（圖 3a和補(bǔ)充表 8 和 10）拓提。值得注意的是读恃，非靈長類哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)特有的模塊通常（16 例中的 14 例）在大腦（或大腦皮層）和小腦中表現(xiàn)出改變的表達(dá)（補(bǔ)充表8), 表明它們在哺乳動物中存在緊密的功能和進(jìn)化聯(lián)系。同樣代态，腎臟和肝臟的模塊化表達(dá)變化通常（28 例中的 14 例）影響這兩個器官寺惫，這可能反映了它們在解毒和廢物排泄方面的密切功能相互作用。唯一具有不同睪丸模塊的終端譜系是靈長類動物和單孔類動物（補(bǔ)充表 8 和 10）蹦疑。

a西雀，顯示了在人腦（前額葉皮層；259 個基因）和靈長類小腦（189 個基因）中具有特定表達(dá)狀態(tài)的模塊歉摧。對于每個樣本艇肴，條形代表模塊中所有基因的加權(quán)平均表達(dá)（水平灰線表示平均條高）。水平紅線表示雙聚類算法的截止叁温；紅線上方的樣本被認(rèn)為具有不同的表達(dá)狀態(tài)再悼。有關(guān)詳細(xì)信息，請參閱[補(bǔ)充說明](https://www.nature.com/articles/nature10532#MOESM325)和我們的可搜索數(shù)據(jù)庫 ( [http://www.unil.ch/cbg/ISA/species](http://www.unil.ch/cbg/ISA/species) )膝但。b 帮哈，在人類前額葉皮層（ LIX1；ENSG00000145721）锰镀、靈長類動物皮層（COL25A1）中進(jìn)化出新的最佳表達(dá)水平的基因示例; ENSG00000188517）和鴨嘴獸小腦（TRMT1L娘侍；ENSG00000121486）。表達(dá)水平表示為 log <sub>2</sub> -轉(zhuǎn)換的 RPKM（每百萬映射讀數(shù)的外顯子模型每千堿基的讀數(shù)）（詳見補(bǔ)充[表 11-26 ）泳炉。](https://www.nature.com/articles/nature10532#MOESM325)給定物種或組織的不同個體的錯誤憾筏、表達(dá)值范圍。
在哺乳動物系統(tǒng)發(fā)育內(nèi)部分支發(fā)生的 32 個模塊基因表達(dá)變化中花鹅，大腦氧腰、小腦和/或睪丸中的 8 個模塊高度富含 X 連鎖基因（Benjamini-Hochberg 校正 P < 0.05），并且沿著性染色體分化過程中常見的獸類或真獸類分支（補(bǔ)充表 8 和 10）刨肃，這與觀察結(jié)果一致古拴，即雄性新進(jìn)化的獸類 X 染色體上基因劑量的減少并未被 X 連鎖基因的全局轉(zhuǎn)錄上調(diào)所補(bǔ)償（P. Julien等人，提交手稿和參考文獻(xiàn)41）真友。

哺乳動物和雞之間的模塊化表達(dá)變化僅發(fā)生在神經(jīng)組織以及腎臟和肝臟中（補(bǔ)充表 8 和 10）黄痪。其中四個模塊顯著富含 X 連鎖基因（Benjamini-Hochberg 校正P ?< 0.01）。我們的結(jié)果表明盔然，哺乳動物大腦的早期進(jìn)化與 X 染色體表達(dá)變化密切相關(guān)桅打，這可能是因為原型X連鎖大腦基因的過度表達(dá)⁴²是嗜。

靈長類動物數(shù)據(jù)集中唯一具有大腦特異性（即前額葉皮層；補(bǔ)充說明）表達(dá)模塊的譜系是人類（補(bǔ)充表 9 和 10）挺尾。四個人類特異性大腦模塊（補(bǔ)充表 10中的 ID #p173）中最大的一個中的 259 個基因參與了各種神經(jīng)過程鹅搪，其中幾個（例如細(xì)胞粘附分子；Benjamini–Hochberg 校正后的P ?< 0.05）以前是在人類和黑猩猩之間的調(diào)節(jié)序列差異分析中發(fā)現(xiàn)豐富⁴³. 值得注意的是遭铺，與神經(jīng)元絕緣相關(guān)的大量基因本體類別（39 個中的 12 個）可能反映了人類前額葉皮層中有髓軸突（白質(zhì)）的比例高于其他靈長類動物丽柿，這意味著該區(qū)域與其他皮質(zhì)區(qū)⁴⁴．

單個基因的表達(dá)變化

為了檢測單個基因的生物學(xué)相關(guān)表達(dá)變化，我們開發(fā)了一個最大似然框架魂挂，用于模擬系統(tǒng)發(fā)育中的基因表達(dá)進(jìn)化甫题。我們比較了幾種包含選擇和遺傳漂變并考慮了種內(nèi)變異和測量誤差的模型（補(bǔ)充說明）。為了檢測相關(guān)的譜系特異性變化锰蓬，我們比較了一個模型幔睬，該模型假定給定基因在系統(tǒng)發(fā)育的所有分支中具有單一最佳表達(dá)水平，而該模型在該模型中該基因在特定譜系中進(jìn)化出不同的表達(dá)最佳值芹扭。

使用這種方法麻顶，我們確定了 9,255 個顯著的表達(dá)變化（Benjamini-Hochberg 校正雙尾P ?< 0.05；對數(shù)似然比檢驗舱卡；檢驗總數(shù)辅肾，577,105；表 2和補(bǔ)充表 11-26）轮锥。值得注意的是矫钓，在 3,909 個測試的羊膜動物直向同源物中，有2,452 個（ ~ 63%）和在 9,969 個測試的靈長類直向同源物中有 3,314 個（ ~ 33%）在羊膜動物或靈長類動物進(jìn)化過程中舍杜，六個器官之一分別經(jīng)歷了至少一次顯著的表達(dá)轉(zhuǎn)變新娜。我們的方法旨在檢測選擇性驅(qū)動的表達(dá)變化，但也可能檢測由于遺傳漂變或其他非適應(yīng)性力量（例如既绩，有偏見的基因轉(zhuǎn)換⁴⁵)概龄、基因劑量改變（例如，在性染色體分化過程中饲握；見下文和 P. Julien等人私杜，提交的手稿）或細(xì)胞組成變化。無論如何救欧，我們的結(jié)果提供了一個廣泛的潛在適應(yīng)性表達(dá)變化候選者列表衰粹。

我們對所有主要哺乳動物譜系的組織轉(zhuǎn)錄組的分析完善了之前的假設(shè)，并為哺乳動物基因組的功能和進(jìn)化提供了許多新線索笆怠。這項工作標(biāo)志著利用已報告的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)的開始铝耻，這將有助于未來對哺乳動物基因組生物學(xué)的研究。

方法總結(jié)

我們提取了高質(zhì)量的 RNA骑疆，并使用標(biāo)準(zhǔn)方案制備了 131 個聚腺苷酸化 RNA-seq 文庫田篇。在 Illumina Genome Analyzer IIx 平臺上對文庫進(jìn)行測序替废。我們改進(jìn)了現(xiàn)有的基因組注釋箍铭，以解決潛在的混雜因素泊柬，并使用分段聚類方法建立組成型和替代外顯子。我們根據(jù)檢索到的每個物種對的 1:1 直系同源基因列表構(gòu)建了直系同源基因集诈火。為了評估注釋異質(zhì)性對物種間變異的影響兽赁，我們確定了在所有物種之間完美對齊的組成型外顯子序列集。在我們完善的注釋的基礎(chǔ)上冷守，最終的讀取映射位置是使用解決讀取映射歧義的過程建立的刀崖。我們計算了標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)值 (RPKM)，這些值在等級保守基因和中值縮放程序的基礎(chǔ)上跨物種和組織標(biāo)準(zhǔn)化拍摇。使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了各種生物學(xué)分析亮钦，包括開發(fā)系統(tǒng)發(fā)育最大似然法來檢測單個基因的顯著表達(dá)變化。

測序數(shù)據(jù)已存放在 Gene Expression Omnibus 中充活，并已直接提供給 Ensembl 用于注釋目的蜂莉。不同表達(dá)水平的數(shù)據(jù)集作為補(bǔ)充數(shù)據(jù)集 1 和 2提供。所有中間和最終結(jié)果和數(shù)據(jù)均可應(yīng)要求從作者處獲得混卵。

在線方法

詳見https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22012392/

amniotes：是一類爬行動物和哺乳動物的總稱映穗，它們的卵中包含了具有內(nèi)胚膜（amnion）的胚胎囊，這種結(jié)構(gòu)可以在卵內(nèi)提供保護(hù)和支持幕随。這些動物的共同祖先在約三億年前進(jìn)化而來蚁滋，是一類最早的陸生脊椎動物。哺乳動物赘淮、爬行動物和鳥類都屬于Amniotes辕录。

Platypus: 鴨嘴獸
Opossum: 負(fù)鼠
Mouse: 老鼠
Macaque: 獼猴
Human: 人類