《Molecular Biology and Evolution》：Genomic comparisons shed light on the adaptive basis of brain size plasticity and chromosomal instability in the Eurasian common shrew
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本研究针对欧亚普通鼩鼱（Sorex araneus）独特的季节性脑容量可塑性（Dehnel现象）和种内染色体大量重排现象，通过构建染色体级别基因组组装并结合季节性脑转录组分析，揭示了Fanconi贫血DNA修复通路（FANCI、FAAP100）在染色体不稳定性中的作用，以及神经发生（PCDHA6、SOX9、Notch信号）和代谢调控（VEGFA、SPHK2）相关基因在Dehnel现象中的关键机制。研究发现正选择基因和差异表达基因在进化断点附近富集，表明染色体重构通过开放染色质配置促进了脑容量可塑性的适应性进化。该研究为理解极端表型可塑性与基因组不稳定性之间的进化关联提供了重要见解。
在动物世界中，有些物种拥有令人惊叹的生存策略。欧亚普通鼩鼱（Sorex araneus）就是这样一种神奇的生物——它不仅拥有哺乳动物中最高的基础代谢率之一，还表现出两种极为罕见的特征：一是季节性的脑容量变化（被称为Dehnel现象），二是种内存在大量的染色体重组。每年冬季，这种体重仅数克的小型哺乳动物会主动缩小大脑和身体尺寸，以降低能量消耗；到了春季，又能快速恢复原状。更奇特的是，不同种群的鼩鼱染色体组成差异极大，形成了超过75种染色体种族。然而，这些独特性状背后的遗传机制和进化动力一直是个未解之谜。
为了解决这一科学问题，由William R. Thomas和Liliana M. Dávalos领导的研究团队在《Molecular Biology and Evolution》上发表了最新研究成果。研究人员结合染色体级别的基因组组装、比较基因组学和季节性转录组分析，深入探讨了Dehnel现象和染色体不稳定性的分子基础。
研究团队采用多项前沿技术开展系统性分析：通过PacBio长读长测序、Hi-C染色质构象捕获和Bionano光学图谱技术，构建了高质量的染色体级别基因组组装；利用TOGA（Tool to Infer Orthologs from Genome Alignments）注释工具进行基因注释和直系同源基因推断；采用自适应分支位点随机效应似然法（aBSREL）检测正选择信号；通过RNA-seq技术分析季节性脑组织（海马体和皮层）基因表达差异；应用DESCHRAMBLER软件进行祖先染色体状态重建和进化断点（EBRs）识别；并利用Hi-C数据研究三维基因组结构与进化特征的关系。
基因组组装、注释和共线性
研究人员成功构建了高质量的欧亚普通鼩鼱基因组组装（mSorAra2.pri），将其锚定到12条染色体上，支架N50达到374 Mb，显著优于之前的组装版本。通过与其他鼩鼱科物种的比较，发现鼩鼱染色体数目从祖先的36条减少到现在的24条，主要通过大规模染色体融合事件实现。特别值得注意的是，X染色体与常染色体发生了串联融合，验证了之前的细胞遗传学研究结果。
欧亚普通鼩鼱中的正选择
正选择分析发现了676个在鼩鼱谱系中经历正选择的基因（PSGs）。基因集富集分析显示，这些基因显著富集在Fanconi贫血通路（4.3倍富集，p<0.05），包括FANCI、PALB2、FAAP100等重要DNA修复基因。此外，免疫相关通路也显示出明显的正选择信号。
Dehnel现象的平行进化
研究人员比较了其他具有Dehnel样表型的物种（白鼬、家养雪貂、小鼩鼱），发现8个基因在不同物种间表现出平行进化信号，显著高于随机预期。其中，原钙粘蛋白α6（PCDHA6）是唯一在三种Dehnel现象物种中都检测到正选择且无背景选择的基因，该基因在神经回路形成和突触可塑性中发挥关键作用。
季节性脑表达分析
海马体和皮层的季节性表达分析发现，多个代谢和细胞增殖相关通路在脑容量变化过程中发生显著改变。Notch信号通路在两个脑区都表现出季节性表达差异，秋季（脑缩小时）表达下调，春季（再生期）表达上调。SOX9基因的表达模式与Notch信号一致，且在鼩鼱中检测到正选择信号。
进化基因组不稳定性与开放染色质域的关联
三维基因组结构分析显示，进化断点（EBRs）显著富集在开放的A区室中。更重要的是，正选择基因和海马体差异表达基因在断点附近也显著富集，表明染色体重构通过影响染色质空间组织，进而影响基因调控和适应性进化。
研究结论与意义
这项研究通过整合多组学数据，揭示了欧亚普通鼩鼱独特性状的遗传基础：首先，神经发生相关基因（SOX9、Notch信号、PCDHA6）在Dehnel现象的进化和调控中起关键作用，成年神经发生过程可能减轻脑容量减少的负面影响；其次，代谢调控基因（VEGFA、SPHK2）同时受到正选择和表达上调，表明蛋白质编码和表达调控协同促进了代谢稳态的适应；第三，Fanconi贫血DNA修复通路基因的正选择可能关联于染色体不稳定性和较短的寿命，而进化断点与开放染色质的关联表明染色体重构本身就是适应性进化的引擎。
该研究不仅为理解脑容量可塑性的进化机制提供了新视角，也为研究基因组不稳定性与表型创新之间的关系建立了重要框架。未来研究可进一步探讨非编码调控元件的进化贡献，以及通过功能实验验证候选基因的具体作用机制。
