来自<i>Myotis</i>蝙蝠基因组的长寿和病毒驱动适应的见解
主要的蝙蝠(纲:翼手目)占已知哺乳动物物种的约20%,是哺乳动物中表型多样性最丰富的类群之一。自距今约6000万年前出现以来,许多蝙蝠谱系独立演化出多种多样的生活历史策略和表型特征,包括卓越的长寿、病毒耐受性和免疫保护机制。共同特征多次独立进化的系统是分析表型的遗传基础的强大资源。最大的蝙蝠属Myotis大约在3300万年前出现,包含139种以上的已描述物种,分布于6大洲和广泛的生态位。Myotis物种在哺乳动物中表现出最长寿命与最短寿命之间的极端差异,包括最长寿命物种(Brandt's bat, Myotis brandtii,寿命42年)与最短寿命物种(黑蝙蝠,Myotis nigricans,寿命7年)之间的六倍差异,它们的分化约在1060万年前。此外,Myotis物种代表了蝙蝠显著的免疫机制,使其能够耐受病毒和抵抗病原体,从而在作为关键的人畜共患病库方面发挥作用。图1:接近完整的参考组装揭示了九种近北极Myotis物种的多样结构变异景观。a,研究中近北极Myotis蝙蝠的系统发育,包括蝙蝠、牛、老鼠和人类的外群物种。树枝根据估计的长寿比率上色,观察到的寿命与预期寿命的比例。b,生成本研究样本的亚利桑那州和加利福尼亚州捕获地点的地图;每个点的颜色表示物种。c,组装中每条染色体的完成状态。旁边的百分比表示跨物种的T2T组装染色体的比例。d,各组装中所有染色体的完成状态,展示了上面所示物种的代表图像。对于c和d,‘完整(T2T)状态’表示染色体已完全组装T2T且没有间隙;‘草稿(T2T,有间隙)状态’表示染色体已完全架构,具有两个端粒,但在组装中有一个或多个间隙;‘不完整’状态表示染色体已被积极识别,但没有从端粒到端粒架构(仅包含一个端粒)。e,展示九种Myotis物种间染色体的同源性,表示同源区(灰色)、倒位(橙色)、易位(绿色)和重复(蓝色)。染色体V15(x轴)下方的红色条表示一个大约10 Mb的位点,其他Myotis物种中最近描述的基因渗入。f,M. velifer中的TEs(上)和片段重复(红色热图,底部)的分布。推测的着丝粒位置用虚线表示。g,M. velifer中TEs的整体基因组比例。h,M. velifer中基因组范围内的片段重复大小分布直方图。LINE,长散布核元素;LTR,长末端重复;RC,滚圈转座子;SINE,短散布核元素。图像来自iNaturalist:Juan Cruzado Cortés(M. californicus, M. volans, M. occultus, M. auriculus和M. thysanodes)在CC BY SA 4.0许可下;以及Marlo Perdicas(M. lucifugus)、Ansil B. R.(M. velifer)和Issac Krone(M. evotis)在CC BY 4.0许可下。为了研究Myotis如何演化出长寿和对传染病的抵抗,我们采用了从现场到功能基因组的综合方法,为八种Myotis物种组装接近完整的基因组序列,并利用原代细胞培养资源进行功能验证。我们识别出与RNA病毒耐受性和应激反应相关的基因拷贝数变异性,及一个关键免疫因子PKR的转物种拷贝数多态性。与人体和其他灵长类动物中由与RNA病毒的相互作用驱动的病毒适应相反,我们发现蝙蝠中病毒适应的模式在DNA病毒和RNA病毒之间存在差异。总之,我们的结果凸显了多效性适应对于Myotis蝙蝠的寿命和免疫表型的贡献。八个接近完整的Myotis基因组组装 我们从几种北美(近北极)物种中收集了皮肤样本并衍生原代细胞系,包括来自最长寿蝙蝠之一的M. lucifugus。利用这些细胞系和急冻组织,我们采用长读数PacBio HiFi测序和HiC支架组合,生成了八种物种的新的单倍型分辨的染色体级别基因组组装。这些基因组具有很高的连贯性和接近完整性,平均98.6%(98.1%–99%)的核苷酸被组装。
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