《COMPARATIVE Cytogenetics》:?Seven new karyotypes for subfamily Cercosaurinae (Squamata, Gymnophthalmidae) with a synthesis of chromosomal data
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本研究针对裸眼睑科(Gymnophthalmidae)Cercosaurinae亚科中Bachiini和Cercosaurini部落细胞遗传学数据严重匮乏的现状,通过对7个物种进行经典细胞遗传学分析(Ag-NOR、C-带和RBG-带),首次报道了Bachia属的核型数据,将上述部落的已知核型数据量提升至三倍。研究发现二倍体数目存在显著变异(2n=32-58),揭示了染色体融合/裂变在演化中的关键作用,并在Bachia dorbignyi中发现了可能的XX:XY性别决定系统,为理解该科物种多样性及染色体进化提供了重要依据。
在广袤的南美洲热带雨林落叶层下,生活着一类体型小巧、行踪隐秘的蜥蜴——裸眼睑科(Gymnophthalmidae)蜥蜴,它们也被称为“微睑虎”。这个家族拥有惊人的物种多样性,目前已知的物种多达297种,然而,与之形成鲜明对比的是,我们对它们的染色体世界知之甚少。在过去25年里,分子系统学研究极大地重塑了基于形态学的传统分类框架,确认了裸眼睑科是一个单系群,并揭示了其内部主要由四个主要支系构成。尽管分类学努力,特别是在Cercosaurinae亚科的Bachiini和Cercosaurini部落中取得了显著进展(这两个部落包含了超过200个物种),但细胞遗传学数据却极度稀缺。在如此庞大的物种库中,此前仅有3个物种拥有公开的核型数据,这无疑在理解该类群染色体进化历程上留下了一个巨大的空白。
为了填补这一关键知识缺口,并深入探索裸眼睑科蜥蜴染色体演化的奥秘,研究人员在《COMPARATIVE Cytogenetics》上发表了他们的最新研究成果。这项研究聚焦于Cercosaurinae亚科,旨在通过提供新的核型数据,揭示其染色体多样性,并探讨染色体进化在物种形成和适应性演化中可能扮演的角色。
研究人员主要运用了经典的细胞遗传学技术。他们从野外采集的标本(标本最终保存于圣保罗大学动物博物馆MZUSP)的不同组织(如肠、睾丸、骨髓、脾脏、肝脏)或成纤维细胞培养物中制备染色体标本。关键技术方法包括:吉姆萨染色进行常规核型分析,银染(Ag-NOR)以定位核仁组织区,C-带技术(C-banding)显示结构异染色质的分布,以及复制R-带技术(RBG-banding,采用5-BrdU掺入和FPG染色法)用于更精确的染色体配对和识别。
核型描述和Ag-NOR位点
研究人员成功获得了七个物种的详细核型数据:
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Bachia bresslaui(2n = 46, 18条大染色体 + 28条微染色体):核型包含18条双臂大染色体和14对微染色体。Ag-NOR分析显示其核仁组织区具有高度变异性,数目在2至6个之间,位于多条大染色体和一条微染色体的端粒区域,显示出显著的基因组可塑性。
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Bachia dorbignyi(2n = 32, 18条大染色体 + 14条微染色体, 推测为XX:XY系统):这是本研究报道的最低二倍体数目。在雄性个体中发现了一个点状微染色体,而雌性中缺失,提示可能存在一个以点状Y染色体为特征的XX:XY性别决定系统,这在裸眼睑科中属首次报道。
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Cercosaura olivacea(2n = 42, 18条大染色体 + 24条微染色体):核型由18条大染色体和24条微染色体组成。Ag-NORs位于微染色体上。RBG-带技术成功应用于此物种,清晰显示了大染色体的带型,有助于精确配对。
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Cercosaura schreibersii albostrigatus(2n = 44, 20条大染色体 + 24条微染色体):核型包含20条大染色体和24条微染色体。减数分裂分析观察到10个大二价体和12个微二价体。
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Neusticurus bicarinatus(2n = 44, 20条大染色体 + 24条微染色体):核型与上述物种类似。Ag-NORs位于一条双臂大染色体对的長臂上。
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Placosoma cordylinum(2n = 44, 20条大染色体 + 24条微染色体):核型由20条大染色体和24条微染色体构成。
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Placosoma glabellum(2n = 58):该物种的核型最为特殊,具有58条染色体,且染色体大小呈连续梯度变化,大部分为端着丝粒染色体。减数分裂证实了29个二价体的存在。
C-带模式
C-带分析揭示了不同物种间结构异染色质分布模式的差异:
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Bachia bresslaui:异染色质主要集中在大染色体的着丝粒周围。
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Cercosaura olivacea、Neusticurus bicarinatus和Placosoma glabellum:异染色质则主要分布在染色体的端粒区域。在P. glabellum中,第1对亚端着丝粒染色体短臂几乎全为异染色质。
结论与讨论
本研究将Cercosaurinae亚科中拥有已知核型的物种数量显著增加,尽管这仍只占该亚科物种总数的一小部分,但已是原有数据量的三倍以上。研究结果凸显了裸眼睑科染色体演化的高度动态性,二倍体数目范围极广(从Bachia dorbignyi的2n=32到Placosoma glabellum的2n=58),甚至在同一个属内(如Bachia属和Placosoma属)也存在巨大差异。研究人员推测,染色体融合和裂变是驱动这种核型变异的主要机制。
在Bachia dorbignyi中发现的推测性XX:XY系统(点状Y染色体)为研究裸眼睑科性别决定机制的演化提供了新线索。在其他六个物种中未发现异形性染色体,这可能意味着它们拥有同形性染色体,或者其性别决定系统更为复杂,有待更先进的细胞基因组学技术进一步阐明。
Ag-NORs的分布也表现出种间特异性,例如B. bresslaui的多变性和N. bicarinatus等的保守性,这些特征可作为有价值的分类学标记。异染色质分布模式(着丝粒型 vs. 端粒型)的差异也反映了基因组结构的多样性。
综上所述,这项研究极大地丰富了我们对裸眼睑科蜥蜴,特别是Cercosaurinae亚科染色体多样性的认识。所揭示的显著核型变异、潜在的 novel 性别染色体系统以及种特异的细胞遗传学标记,不仅强调了染色体研究在理解该类群进化历史中的重要性,也为未来的分类学修订、物种界定以及探讨染色体重排在物种形成中的作用奠定了坚实的基础。随着更多物种被纳入研究以及细胞基因组学等新技术的应用,裸眼睑科蜥蜴将继续成为探索染色体进化和基因组架构演变的迷人模型系统。