DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06895-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38200310
تاريخ النشر: 2024-01-10
المؤلف: Benjamin M. Moran وآخرون
الموضوع الرئيسي: التنوع الجيني وبنية السكان
نظرة عامة
يقدم هذا القسم تحليلًا لمقاييس شكل الجنين F2 فيما يتعلق بالنمط الجيني ndufs5، مع التركيز على قياسين رئيسيين: قطر الصفار وعرض الرأس. تتضمن الدراسة بيانات من 41 جنينًا من birchmanni، و96 هجينًا، و46 جنينًا من malinche لقطر الصفار، و44 جنينًا من birchmanni، و108 هجينًا، و55 جنينًا من malinche لعرض الرأس. لتخفيف تأثير طول الجسم على هذه القياسات، قام المؤلفون برسم المتبقيات بعد التعديل لطول الجسم.
تم تمثيل النتائج بصريًا في الشكل 4 من البيانات الموسعة، حيث تشير النقاط الرمادية إلى القياسات الفردية، بينما تظهر النقاط الملونة مع الخطوط العمودية متوسطات المجموعات مع أخطائها المعيارية (± 2 SE). يتم تسليط الضوء على الفروقات المهمة بين المجموعات، كما حددها اختبار Tukey’s HSD، باستخدام الأقواس والنجوم. يبرز هذا التحليل تأثير النمط الجيني ndufs5 على خصائص شكلية معينة في الأجنة الهجينة، مما يوفر رؤى حول التأثيرات الجينية على الخصائص التنموية.
نقاش
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في عدم التوافق بين الميتوكوندريا والنواة في الهجائن من *Xiphophorus birchmanni* و*X. malinche* باستخدام تسلسل الجينوم الكامل بتغطية منخفضة لـ 943 فردًا من F2 و359 هجينا تم اصطيادهم من البرية. وقد حددوا عدم توافق قاتل بين الجينوم النووي لـ *X. birchmanni* والجينوم الميتوكوندري لـ *X. malinche*، كما يتضح من انحراف كبير عن التماثل المتوقع في مناطق كروموسومية معينة (لا سيما الكروموسومات 6 و13). استخدم المؤلفون حساب بايزي التقريبي لتقدير معاملات الاختيار، مما كشف أن عدم التوافق هو في الغالب متنحي وقاتل، مع وجود اختيار قوي ضد سلالة *X. birchmanni* (معامل الاختيار الأقصى $s \approx 0.996$). أكدت خرائط الاختلاط في السكان الهجينة الطبيعية هذه النتائج، مشيرة إلى موقعين مهمين مرتبطين بهذا عدم التوافق، بما في ذلك الجينات النووية *ndufs5* و*ndufa13*، التي تعد جزءًا أساسيًا من المجمع الميتوكوندري I.
استكشفت الدراسة أيضًا الآثار التنموية لهذه عدم التوافقات، مشيرة إلى أن الأجنة ذات السلالة المتماثلة *X. birchmanni* في *ndufs5* أظهرت تأخيرات تنموية شديدة ومعدلات وفيات عالية. في المقابل، أدت عدم التوافق في *ndufa13* إلى وفيات مبكرة بعد الولادة. أشارت التقييمات الفسيولوجية إلى أن الأنماط الجينية غير المتوافقة أثرت على ظواهر مختلفة، بما في ذلك معدل ضربات القلب ومعدلات التنفس، مما يشير إلى آليات مميتة مميزة مرتبطة بكل جين. كما وجد المؤلفون أدلة على انخفاض وظيفة المجمع I في الهجائن، مما يبرز الإمكانية لآليات تعويضية في الهجائن القابلة للحياة. إن التطور السريع لجينات *ndufs5* و*ndufa13*، جنبًا إلى جنب مع تفاعلاتها مع البروتينات الميتوكوندري، يبرز تعقيد التفاعلات بين الميتوكوندريا والنواة ودورها في عدم التوافق الهجين، مما يشير إلى أن هذه الجينات قد تعمل كنقاط ساخنة لتطور مثل هذه عدم التوافقات في *Xiphophorus*.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06895-8
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38200310
Publication Date: 2024-01-10
Author(s): Benjamin M. Moran et al.
Primary Topic: Genetic diversity and population structure
Overview
The section presents an analysis of F2 embryo morphometrics in relation to the ndufs5 genotype, focusing on two key measurements: yolk diameter and head width. The study includes data from 41 birchmanni, 96 heterozygotes, and 46 malinche embryos for yolk diameter, and 44 birchmanni, 108 heterozygotes, and 55 malinche embryos for head width. To mitigate the influence of body length on these measurements, the authors plotted the residuals after adjusting for body length.
The results are visually represented in Extended Data Fig. 4, where grey points indicate individual measurements, while colored points with vertical lines show group means along with their standard errors (± 2 SE). Significant differences between groups, as determined by Tukey’s HSD test, are highlighted with brackets and asterisks. This analysis underscores the impact of the ndufs5 genotype on specific morphometric traits in hybrid embryos, providing insights into the genetic influences on developmental characteristics.
Discussion
In this study, the authors investigated mitonuclear incompatibilities in hybrids of *Xiphophorus birchmanni* and *X. malinche* using low-coverage whole-genome sequencing of 943 F2 individuals and 359 wild-caught hybrids. They identified a lethal incompatibility between the nuclear genome of *X. birchmanni* and the mitochondrial genome of *X. malinche*, evidenced by a significant deviation from expected homozygosity in specific chromosomal regions (notably chromosomes 6 and 13). The authors employed approximate Bayesian computation to estimate selection coefficients, revealing that the incompatibility is largely recessive and lethal, with selection against *X. birchmanni* ancestry being extremely strong (maximum selection coefficient $s \approx 0.996$). Admixture mapping in natural hybrid populations corroborated these findings, pinpointing two significant loci associated with this incompatibility, including the nuclear genes *ndufs5* and *ndufa13*, which are integral to mitochondrial complex I.
The study further explored the developmental implications of these incompatibilities, noting that embryos with homozygous *X. birchmanni* ancestry at *ndufs5* exhibited severe developmental delays and high mortality rates. In contrast, mismatches at *ndufa13* led to early post-natal mortality. Physiological assessments indicated that incompatible genotypes affected various phenotypes, including heart rate and respiration rates, suggesting distinct mechanisms of lethality associated with each gene. The authors also found evidence of reduced complex I function in hybrids, highlighting the potential for compensatory mechanisms in viable heterozygotes. The rapid evolution of the *ndufs5* and *ndufa13* genes, alongside their interactions with mitochondrial proteins, underscores the complexity of mitonuclear interactions and their role in hybrid incompatibilities, suggesting that these genes may serve as hotspots for the evolution of such incompatibilities in *Xiphophorus*.