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物种形成是种群进化成新的和奇异的物种的进化历程
，生殖隔离避免种间杂交
，从而坚持物种的稳固。研究生殖隔离的调控机制是熟悉物种形成的要害。然而种间杂交经常导致杂交胚胎无活力和不可正常发育[1]
，因此杂交中的遗传不亲和性导致的生殖隔离还没有获得很好的明确。热带爪蟾(Xenopus tropicalis)和非洲爪蟾(X.laevis)是研究生殖隔离机制的理想模子。X. tropicalis的卵与X. laevis的精子受精爆发的胚胎(te×ls) 无法完成原肠发育并致死; 然而
，以X. laevis为母本杂交爆发的胚胎(le×ts) 可以获得形态正常的杂交个体(图1)[2]
，美国加州大学Rebecca Heald教授于2018年在Nature发文
，发明了爪蟾杂交历程中te×ls染色体3L (ch3L)和4L (ch4L)的大片断DNA缺失
，并指出父源染色体缺失是杂交胚胎致死和生殖隔离形成的要害缘故原由[3]。

图1. X. laevis与X. tropicalis杂交胚胎的差别运气

2023年4月7日
，中国科学院昆明动物研究所-香港中文大学生物资源与疾病分子机理团结实验室赵晖教授团队与吕雪梅研究员团队在Science Advances在线揭晓了题为Modification of Maternally Defined H3K4me3 Regulates the Inviability of Interspecific Xenopus Hybrids的研究论文
，作者使用这个奇异的种间杂交系统
，进一步研究发明了H3K4me3修饰
，通过P53信号通路调控胚胎早期发育
，进而决议种距离离的新机制
，提高了我们关于胚胎发育和物种进化纪律的认知。

在本研究中
，作者发明DNA缺失是te×ls和le×ts胚胎发育历程中的一个普遍征象
，在le×ts胚胎中同样保存大宗的小片断缺失。同时缺失区域基因的低表达可以获得其他两组同源染色体的表达赔偿。别的
，作者较量了te×ls与其母本X. tropicalis的转录差别
，效果发明te×ls的Wnt信号通路显著下调
，而P53信号通路显著上调(图2)。这一发明与杂交种胚胎发育中的体轴的缺失、形态爆发的失败以及DNA损伤相一致。

图2. te×ls杂交物种的Wnt与P53信号通路爆发改变

X. laevis是异源四倍体
，包括L和S两个亚基因组。一些研究批注
，表观遗传因素在调理亚基因组之间的平衡施展着主要作用[4]。作者进一步研究发明
，te×ls与其母本X. tropicalis具有极低的H3K4me3修饰
，并随着囊胚期到原肠期的转化
，H3K4me3修饰水平增添
，与合子基因激活同步
；然而X. laevis与le×ts胚胎自己具有很高的H3K4me3修饰水平
，并在原肠期前逐步降低(图3A-D)。这种异常高的母源H3K4me3修饰
，在之前的研究中发明
，可能是X. laevis作为异源4倍体田鸡在恒久进化历程中
，为平衡异源基因组和基因重组丧失而建设的奇异的表观遗传修饰机制[5]。作者同时也发明H3K4me3调控Mdm2基因表达
，抑制P53信号通路激活
；反交胚胎因缺乏H3K4me3修饰
，使得基因组稳态被突破
，导致DNA缺失引发P53信号通路异常激活和发育障碍。并且过表达Mdm2以抑制P53信号通路或通过提高H3K4me3修饰水平
，都可以在一定水平上延伸杂交胚胎发育阶段
，将发育历程从原肠期延续到神经胚(图3E)。

图3. H3K4me3修饰通过P53信号通路调控生殖隔离机制

综上所述
，本研究使用两种爪蟾的奇异的种间杂交系统
，进一步探讨了种间杂交中染色质不亲和性的机制。该研究强调了母系界说的H3K4me3修饰
，通过P53信号通路调控胚胎早期发育
，在生殖隔离和维持杂交种亚基因组平衡的主要性(图3F)。研究非洲爪蟾杂交种并破译物种形成的机制将加深我们对生殖隔离、物种进化和调理早期胚胎发育表观遗传修饰的明确。

广州医科大学生科院龙琪副教授和中国科学院昆明动物研究所博士生闫凯为配合第一作者
，香港中文大学赵晖教授与中科院昆明动物研究所吕雪梅研究员为配合通讯作者。该项目获得科技部重点研究妄想、国家自然科学基金、西部之光、广东省自然科学基金等项目的支持。

原文链接：DOI: 10.1126/sciadv.add8343

参考文献：

[1]   S. Maheshwari and D. A. Barbash, "The genetics of hybrid incompatibilities," Annu Rev Genet,vol. 45, pp. 331-55, 2011, doi: 10.1146/annurev-genet-110410-132514.

[2]   P. Narbonne, D. E. Simpson, and J. B. Gurdon, "Deficient induction response in a Xenopus nucleocytoplasmic hybrid,"PLoS Biol, vol. 9, no. 11, p. e1001197, Nov 2011, doi: 10.1371/journal.pbio.1001197.

[3]  R. Gibeaux et al., "Paternal chromosome loss and metabolic crisis contribute to hybrid inviability in Xenopus," Nature, vol. 553, no. 7688, pp. 337-341, Jan 18 2018, doi: 10.1038/nature25188.

[4]  D. M. Elurbe et al., "Regulatory remodeling in the allo-tetraploid frog Xenopus laevis,"Genome Biol, vol. 18, no. 1, p. 198, Oct 24 2017, doi: 10.1186/s13059-017-1335-7.

[5]  A. M. Session et al., "Genome evolution in the allotetraploid frog Xenopus laevis,"Nature, vol. 538, no. 7625, pp. 336-343, Oct 20 2016, doi: 10.1038/nature19840.