Alternative splicing across the C. elegans nervous system
跨秀丽隐杆线虫神经系统的选择性剪接
选择性剪接是塑造转录组的关键机制，有助于定义神经元身份和调节功能。在这里，我们展示了一条横跨秀丽隐杆线虫神经系统的选择性剪接图谱。我们的分析在关键神经元基因（如 unc-40/DCC 和 sax-3/ROBO）中确定了新的选择性剪接。在全球范围内，我们描绘了近 2000 个基因中的差异选择性剪接模式，并估计四分之一的神经元基因经历差异剪接。我们引入了一个 Web 界面，用于检查跨神经元类型的剪接模式。我们探讨了神经元类型与剪接之间的关系，以及剪接与差异基因表达之间的关系。我们确定了与差异选择性剪接相关的 RNA 特征，并描述了微外显子的富集。最后，我们计算了一个剪接调控网络，该网络可用于生成关于神经元中选择性剪接的调节和靶点的假设。
Evolutionary sparse learning reveals the shared genetic basis of convergent traits
进化稀疏学习揭示了趋同性状的共同遗传基础
在面临相似环境的遥远物种中出现几乎相同的特征的例子比比皆是。这些适应性进化的明确例子为通过比较分析深入了解它们的遗传起源和机制提供了机会。在这里，我们提出了一种使用配对物种对比的进化稀疏学习 （ESL-PSC） 构建遗传模型的方法，这些模型是趋同性状独立起源的基础。我们检验了共同基因和位点参与两个关键性状的趋同进化的假设：草的 C4 光合作用和哺乳动物的回声定位。遗传模型对 C4 光合作用趋同进化的独立案例具有高度预测性。有助于回声定位遗传模型的基因在与听力、声音感知和耳聋相关的功能类别中高度丰富，这种模式在以前应用标准分子进化方法的努力中一直没有。这些结果支持共同遗传位点的序列替换参与趋同性状的进化。对经验和模拟数据集的基准测试表明，ESL-PSC 在蛋白质组规模分析中可能更敏感，以检测与获得趋同性状相关的具有趋同分子进化的基因。我们得出结论，系统发育信息机器学习自然地排除了由于共享物种历史而导致的明显分子趋同，提高了检测分子趋同的信噪比，并有助于发现性状趋同的共同遗传基础。
Extreme mitochondrial reduction in a novel group of free-living metamonads
一组新型自由生活的metamonads的极度线粒体减少
Metamonads 是一组多样化的异养微生物真核生物，适应生活在低氧环境中。除一个外，所有 metamonad 都含有代谢改变的“线粒体相关细胞器”（MRO），功能降低，但减少的程度各不相同。在这里，我们为最近发现的五个自由生活的 metamonad 生成了高质量的草稿基因组、转录组和预测的蛋白质组。系统发育分析将这些生物归入我们命名为“BaSk”（Barthelonids+Skoliomonads）分支的组，这是 Fornicata 的深度分支姐妹组，Fornicata 是一个包括寄生和自由生活鞭毛门的门。基因模型的生物信息学分析表明，与其他自由生活的 metamonad 相比，预计这些生物体的 MRO 蛋白质组极度减少。该组中某些生物体线粒体铁硫簇组装系统的缺失似乎与通过横向基因转移在其共同祖先谱系中获得 SUF 样最小系统 Fe/S 簇通路有关。其中一种分离株 Skoliomonas litria 似乎已经丢失了所有其他已知的 MRO 途径。没有蛋白质被自信地分配给该生物体的预测 MRO 蛋白质组，这表明细胞器已经丢失。在这个自由生活的厌氧原生生物分支中观察到的极度线粒体减少表明，即使在自由生活的生物体中，线粒体功能也可能完全丧失。
Gene body methylation evolves during the sustained loss of parental care in the burying beetle
基因体甲基化在埋葬甲虫持续失去父母照顾期间进化
表观遗传修饰，例如 5-甲基胞嘧啶 （5mC），有时可以在几代人之间传递，这引发了表观遗传变化可能在适应和进化中发挥作用的猜测。在这里，我们使用实验进化来研究 5mC 水平如何在来自野生来源种群的双亲昆虫 （Nicrophorus vespilloides） 种群中进化，并在实验室的不同父母照顾制度下独立维持。我们表明，基因转录区域（基因体）中的 5mC 水平在暴露于 30 代不同护理水平的群体之间存在差异。5mC 的这些变化并不反映基因表达水平的变化。然而，种群之间基因内 5mC 的积累与种群内基因表达变异性降低有关。我们的结果表明，5mC 的进化变化可能通过影响无脊椎动物基因表达的变异性来促进表型进化。
East Asian Gene flow bridged by northern coastal populations over past 6000 years
近6000年北方沿海人群桥接的东亚基因流
山东地区东北亚沿海地区在过去 10,000 年中表现出复杂的文化转变，有助于促进东亚大陆更多内陆地区与日本列岛等岛屿之间的人口互动。为了研究山东人口如何随时间变化并与岛屿和内陆东亚人口互动，我们对来自山东地区 11 个古遗址的 85 个个体进行了测序，其年代可追溯到 ~6000-1500 BP。我们发现，与山东人口相关的祖先可能解释了在日本列岛的后弥生人群中观察到的大陆东亚祖先，特别是 ~2800 BP 之后生活在琉球群岛的近代人群。在山东地区，我们观察到至少~7700 BP的基因从人群向该地区的北部和南部流动，以及在大文口文化时期（6000-4600 BP）和早期（3500-1500 BP）与黄河内陆人群相关的两波基因流动进入山东地区。重建东亚北部沿海新石器时代、青铜器和铁器时代人群的遗传历史显示了南北和东西（内陆-沿海-岛屿）尺度的基因流动。
Genomic data reveal a north-south split and introgression history of blood fluke populations across Africa
基因组数据揭示了非洲血吸虫种群的南北分裂和渗入历史
人类寄生吸虫 Schistosoma haematobium 在实验室中与家畜寄生虫 S. bovis 杂交，但在自然界中杂交的频率尚不清楚。在这里，我们分析了来自 18 个非洲国家的 162 个样本中的 3460 万个单核苷酸变异，揭示了北部和南部埃及血吸虫之间的明显遗传不连续性。我们没有发现近期杂交的证据。相反，数据揭示了 257-879 代前发生在北方埃及血吸虫种群中的混合事件。15 个渗入的牛链球菌基因正在接近埃及血链球菌北部的固定，其中 4 个基因可能驱动适应。此外，我们确定了 19 个抗渗的区域;这些在性染色体上富集。这些结果 （i） 表明这些物种之间的基因流动存在强大的障碍，（ii） 表明杂交可能比目前设想的要少，但 （iii） 揭示了具有医学和兽医重要性的血吸虫之间罕见的种间杂交的深刻基因组后果。
线粒体渗入杂交
Two major ecological shifts shaped 60 million years of ungulate faunal evolution
两大生态学转变塑造了 6000 万年的有蹄类动物群进化
化石记录为数百万年来生物系统的行为提供了直接证据，为研究生态系统如何进化和应对重大环境变化提供了重要资料。通过对跨越过去 60 Myr 的 3000 多种化石物种的数据集进行网络分析，我们发现有蹄类大陆组合表现出长期的生态稳定性，被与非生物事件相关的不可逆重组打断。在新生代早期，大陆组合以具有低冠齿的中型浏览器为主，显示出越来越多的功能多样性。大约在 21 马，欧亚大陆和非洲之间陆桥的形成引发了全球向新功能系统的第一次重大转变，该系统的特点是普遍存在具有中高冠臼齿的大型浏览器。功能多样性继续增加，在 10 马 左右达到峰值。不久之后，干旱化和 C4 为主的植被的传播导致了第二个转折点，其特征是食草动物和具有高低冠齿的浏览者。有蹄类动物功能多样性的全球下降始于 10 马 前，并在 2.5 马 左右加速，但这些动物群的功能结构在最新的新生代保持稳定。大型哺乳动物进化历史反映了两个关键转变，与主要的构造和气候事件一致。
Multiple distinct evolutionary mechanisms govern the dynamics of selfish mitochondrial genomes in Caenorhabditis elegans
多种不同的进化机制控制着秀丽隐杆线虫中自私线粒体基因组的动力学
细胞具有多个线粒体 DNA （mtDNA） 拷贝，这些拷贝经历半自主复制和随机遗传。这使得突变的 mtDNA 变体能够出现并与合作（野生型）mtDNA 自私地竞争。自私的线粒体基因组在不同水平上受到选择的影响：它们直接在宿主内与野生型 mtDNA 竞争，并通过生物体水平选择间接竞争。然而，确定不同水平选择的相对贡献已被证明是具有挑战性的。我们通过将数学建模与旨在隔离选择水平的实验相结合来克服这一挑战。将这种方法应用于秀丽隐杆线虫中的许多自私的线粒体基因型，揭示了进化机制的意想不到的多样性。尽管存在宿主适应性成本，但一些突变基因组通过积极地超越宿主内的合作基因组，以高频率持续许多代。相反，一些突变基因组通过逃避生物体间选择而持续存在。引人注目的是，突变基因组对遗传漂变的易感性差异很大。尽管不同的机制会导致自私的 mtDNA 的高频，但我们展示了它们如何导致个体之间突变频率的特征性差异分布。鉴于异质频率代表了表型严重程度的关键决定因素，这项工作概述了一个进化理论框架，用于预测表型后果在携带自私线粒体基因组的个体中的分布。
Genetic potential for aerobic respiration and denitrification in globally distributed respiratory endosymbionts
全球分布的呼吸内共生体中需氧呼吸和反硝化的遗传潜力
内共生体 Candidatus Azoamicus ciliaticola 被提议为其真核宿主产生 ATP，这是一种斜核细胞类的厌氧纤毛虫，其功能类似于其他真核细胞中的线粒体。这种呼吸内共生关系的发现对微生物真核生物的进化历史和生态学都有重大意义。然而，由于只描述了一个物种，对其环境分布和多样性的了解是有限的。在这里，我们报道了四个完整的环状宏基因组组装基因组 （cMAG），代表居住在加利福尼亚州、俄亥俄州和德国地下水中的呼吸内共生体。这些 cMAGs 形成两个谱系，包括未表征的 γ 变形菌目 UBA6186内的单系分支，能够对其关键蛋白质复合物进行进化分析。引人注目的是，所有四种 cMAG 都编码细胞色素 cbb3氧化酶，这表明这些内共生体具有有氧呼吸的能力。因此，我们在全球不同的栖息地中检测到这些呼吸内共生体，从而进一步扩大了这种呼吸共生的生态范围。
Development and evolution of Drosophila chromatin landscape in a 3D genome context
3D基因组背景下果蝇染色质景观的发育与进化
关于 3D 基因组背景下发育和进化过程中表观基因组状态如何变化知之甚少。在这里，我们使用具有复杂性染色体周转的假暗箱果蝇作为模型来解决这个问题，方法是从五个发育阶段和三个成人组织中收集大量表观基因组和 Hi-C 数据。我们发现超过 60% 的基因和转座因子 （TE） 表现出至少一种染色质状态的发育转变。特异性而非看家增强子上的转换与特异性染色质环和拓扑相关结构域边界 （TAB） 相关。虽然进化上年轻的 TE 通常被沉默，但老的 TE 更经常被驯化为相互作用的 TAB 或特异性增强子。但在最近进化的 X 染色体上，由于获得剂量补偿，年轻的 TE 反而经常活跃并被招募为 TAB。总体而言，我们表征了果蝇表观基因组景观在发育过程中和响应染色体进化的变化，并强调了 TE 在基因组组织和调控中的重要作用。
The genetic architecture of protein interaction affinity and specificity
蛋白质相互作用的遗传结构 亲和力和特异性
蛋白质-蛋白质相互作用中特异性和亲和力的编码和进化知之甚少。在这里，我们通过量化一种蛋白质 JUN 中的所有突变如何改变与蛋白质家族所有其他成员（54 种人类碱性亮氨酸拉链转录因子）的结合来解决这个问题。我们对数据拟合全局热力学模型，以揭示大多数亲和力改变突变对 JUN 对其所有相互作用伙伴的亲和力的影响相同。改变结合特异性的突变相对罕见，但分布在整个相互作用界面中。特异性由促进目标交互的特征和阻止脱靶交互的特征决定。JUN 中大约一半的特异性定义残基有助于促进靶向结合和防止脱靶结合。相互作用界面中几乎所有改变特异性的突变都是多效性的，也改变了对所有伴侣的亲和力。相比之下，界面外的突变可以在不影响特异性的情况下调整全局亲和力。我们的结果揭示了相互作用界面中特异性和亲和力的分布式编码，以及卷曲螺旋如何为优化大型蛋白质家族中特异性和亲和力的挑战提供优雅的解决方案。
Sexual size dimorphism in mammals is associated with changes in the size of gene families related to brain development
哺乳动物的性大小二态性与大脑发育相关的基因家族大小的变化有关
在哺乳动物中，性大小二态性通常反映了性选择的强度，但它与基因组进化的联系仍未得到探索。基因家族大小的进化可以反映不同分子功能相对重要性的变化。在这里，我们使用 124 种哺乳动物物种研究了大脑发育基因库与性大小二态性之间的关联。我们揭示了基因家族大小与性大小二态性的关联发生显着变化。高水平的二态性与嗅觉感知中丰富的基因家族的扩张和与大脑发育功能相关的基因家族的收缩相关，其中许多基因家族在人类成人大脑中表现出特别高的表达。这些发现表明强烈的性选择与基因家族大小的改变之间存在关系。这些见解说明了性二态性、基因家族大小进化及其在哺乳动物大脑发育和功能中的作用之间的复杂相互作用，为哺乳动物基因组进化提供了有价值的理解。
