偶蹄类动物中 REST-NOA1 位点的反复重复揭示了调控进化的热点区域

基因重复是进化新颖性的主要来源之一，然而，相同基因组位点在独立谱系中反复发生重复这一现象仍缺乏充分研究。借助北美野牛（Bison bison）的染色体尺度组装及从头注释，我们考察了有蹄类动物免疫系统多样化的潜在机制。对野牛、家牛、麋鹿以及13种哺乳动物的比较基因组分析鉴定出一个大型片段重复区段，其中包含调控基因REST和NOA1。尽管在所考察的16个物种中有14个存在相似重复，但系统发育分析显示，重复基因在物种内部聚类，而非跨分类群聚类，这表明这些重复是多次独立起源的，而不是源自共同祖先的遗传继承。 为表征这一重复事件的进化后果，我们整合了来自六种组织的转录组数据，并结合加权基因共表达分析和比较蛋白质聚类分析。我们发现REST和NOA1重复拷贝之间存在广泛的结构分化，包括结构域缺失、截短以及跨组织的表达分隔，这与重复后发生功能分化的模式一致。比较分析进一步揭示，野牛的免疫相关基因发生了显著重塑，包括BOLA I类分子、T细胞受体基因、白细胞免疫球蛋白样受体以及免疫信号调控因子。这些改变包括结构域重排、新型序列插入以及与免疫相关表达网络相关的谱系特异性重复。 综上，这些发现确定REST-NOA1位点是有蹄类动物中反复发生片段重复的热点区域，并表明反复重复、结构分化和调控分隔如何共同促进基因组进化。这些结果提示，野牛及其相关物种免疫系统的多样化，不仅受到序列进化的塑造，也受到调控通路和抗原识别通路反复重塑的影响。

基因重复是进化新颖性的重要来源，然而，同一基因组位点在相互独立谱系中反复发生重复的现象仍研究不足。我们利用北美野牛（Bison bison）的染色体尺度组装和从头注释，研究了有蹄类动物免疫系统多样化的潜在机制。对野牛、家牛、麋鹿以及13种哺乳动物的比较基因组分析鉴定出一个大型片段重复区域，其中包含调控基因REST和NOA1。尽管在所考察的16个物种中有14个存在类似重复，但系统发育分析显示，重复基因在物种内部而非跨分类群聚类，表明这些重复是多次独立起源的，而不是源自共同祖先的遗传继承。

为表征这一重复的进化后果，我们整合了来自六种组织的转录组数据、加权基因共表达分析以及比较蛋白质聚类分析。我们发现REST和NOA1的重复拷贝之间存在广泛的结构分化，包括结构域缺失、截短以及跨组织的表达分化，这与重复后发生功能分化的模式一致。比较分析还揭示，野牛的免疫相关基因发生了显著重塑，包括BOLA I类分子、T细胞受体基因、白细胞免疫球蛋白样受体以及免疫信号调控因子。这些变化包括结构域重排、新型序列插入以及与免疫相关表达网络相关的谱系特异性重复。

综上，这些发现表明，REST-NOA1位点是有蹄类动物中反复发生片段重复的热点区域，并展示了重复发生、结构分化和调控分工如何共同促进基因组进化。这些结果提示，野牛及其近缘物种的免疫系统多样化不仅受到序列进化的塑造，也受到调控通路和抗原识别通路反复重塑的影响。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.22.733815v1?rss=1

🏷️ 基因重复 比较基因组学 调控进化 免疫系统多样化 功能分化