动态转录组分析揭示了胶原-整合素介导的细胞外基质重塑在牛蛙（Bufo gargarizans）抱对肌肉中的性别二态性中的作用

性别二态性肌肉发育机制研究：通过RNA测序发现ITGB6等8个候选基因协同调控细胞外基质重塑，揭示性别特异性肌肉生长的分子基础。

　　

背景

骨骼肌中的性别二态性是一种公认的适应性进化生物学现象，但其发育遗传基础仍不甚明了。在许多无尾两栖动物中，雄性在繁殖季节会发展出增强的前肢肌肉，以帮助完成交配抱合动作，这为研究性别特异性肌肉生长的发生机制提供了理想的模型。本研究的目的是确定桡侧腕屈肌（FCR）性别二态性的发育起始时间，并揭示驱动这种表型差异的转录调控机制。

方法

首先，我们通过形态学分析确定了Bufo gargarizans物种FCR肌肉的性别二态性发育时间线。基于确定的起始时间，我们在三个关键的变态后阶段进行了比较RNA测序：二态性出现前（PD；变态后2个月）、二态性开始时（OD；变态后4个月）以及成年期（AD；变态后24个月），以捕捉与表型出现相关的转录动态。

结果

结果显示，从OD阶段开始，雄性的FCR肌肉质量显著高于雌性，并且这种差异一直持续到成年期。转录组分析发现，在OD阶段出现了大量性别偏向的差异表达基因（DEGs），这与形态学差异的出现相吻合。时间序列分析确定了两种主要的表达趋势：415个基因在PD到OD阶段表现出明显的雄性偏向性表达增加，随后在AD阶段表达下降；而177个基因则从PD到AD阶段持续增加。综合分析确定了8个候选基因，包括7种胶原蛋白异构体（COL1A1、COL2A1、COL4A1、COL6A1、COL6A2、COL6A3、COL6A6）和一种整合素β亚基（ITGB6），这些基因在OD阶段表现出协同的雄性偏向性表达。蛋白质-蛋白质相互作用网络表明ITGB6是一个关键节点，它将细胞外基质（ECM）的重塑与细胞内的焦点黏附和FAK信号通路联系起来。

结论

这些发现支持一种发育模型：在变态后的关键阶段，胶原蛋白-整合素介导的ECM重塑发生在性成熟之前。这一过程建立并稳定了适应交配抱合力学需求的性别二态性肌肉表型。

亮点

雄性B. gargarizans的桡侧腕屈肌（FCR）的雄性偏向性肥大发生在特定的变态后未成熟窗口期内，伴随着雄性偏向性的转录增强。

一组性别偏向性共表达基因（包括7种胶原蛋白异构体和整合素亚基ITGB6）在性别二态性肌肉发育开始时表现出协同上调。

网络分析将ITGB6定位为一个机械转导枢纽，它将细胞外胶原基质的重塑与细胞内的焦点黏附和FAK信号通路连接起来，为性别特异性肌肉生长提供了分子基础。

通俗语言总结

在许多动物中，雄性和雌性在身体特征上存在差异，这种现象称为性别二态性。例如，在青蛙和蟾蜍中，雄性的前肢肌肉通常更强壮，有助于在交配时抓住雌性。然而，这些肌肉差异在发育过程中的具体出现时间以及导致它们不同生长的遗传机制尚不清楚。我们在亚洲蟾蜍（B. gargarizans）中研究了这些问题。我们的研究表明，雄性在变态后4个月开始表现出桡侧腕屈肌的显著肥大，这远早于性成熟。我们发现这种生长伴随着特定基因活性的增加。我们确定了8个参与细胞外基质重塑的候选基因——这一过程会重新组织肌肉微环境并影响其结构。其中，一种名为ITGB6的蛋白质充当了分子桥梁，将细胞外基质与肌肉细胞内的信号通路连接起来，从而调节肌肉生长。我们的研究指出，早期发育过程中的性别偏向性转录变化与雄性和雌性之间的持久性差异相吻合，为理解脊椎动物性别二态性特征的潜在生物学基础提供了见解。