仅存在于真兽类动物中的组蛋白H3.4能够促进生殖细胞的发育以及提高生殖适应性

《Nature Communications》：The eutherian-specific histone H3.4 promotes germ cell development and reproductive fitness

　　

摘要

许多编码染色质蛋白的基因都受到进化选择的影响，这种选择会驱动生殖适应性。在小鼠和人类中，编码组蛋白H3.4变体（以前称为H3t）的H3f4/H3-4基因对精子发生至关重要。本文探讨了H3f4基因序列变异在小鼠雄性生殖细胞发育中的进化起源及其分子生理作用。我们的系统发育分析表明，真兽类的H3f4同源基因起源于一个古老的H3.2基因，该基因存在于真兽类和有袋类哺乳动物分化之前的1亿多年。真兽类的H3f4同源基因位于小型组蛋白基因簇中，其非同义替换率和同义替换率均高于位于典型大型组蛋白基因簇中的有袋类H3.2同源基因位点。为了研究序列变异对生殖适应性的影响，我们将H3.4中的非同义替换残基恢复为H3.1中的对应残基（H3f4^V24A、H3f4^H42R、H3f4^S98A）。在缺乏H3f4的背景下表达这种经过三重恢复的H3f4^H3.1等位基因会导致睾丸重量减少超过40%，同时伴随减数分裂过程受损、粗线期精细胞死亡、精细胞分化障碍以及精细胞伸长过程中数千个基因的表达异常。对单个残基替换等位基因的半合子表达实验表明，H3.4中的V24和H42残基有助于促进精子发生，而S98残基则没有这种作用。综上所述，我们的研究表明H3f4基因经历了正向进化选择，从而提升了雄性的生殖适应性。