CGM第582期：柳树中ARR17和PI基因介导的性染色体多次更替

柳树因其独特的性别决定机制和性染色体演化过程，成为植物界研究性别决定与性染色体的经典模式。作为雌雄异株植物，柳树在性染色体的演化过程中展现了复杂且快速的更替现象，既存在XY系统，也存在ZW系统，性别决定区域分布在不同的染色体上。本研究对多种柳树进行了高精度基因组组装与分析，揭示了柳树性染色体更替的分子机制。

研究发现，柳树性别决定系统的更替由不同基因复制、易位事件介导：在祖先XY系统中，Y连锁的ARR17部分重复片段通过small RNA抑制完整ARR17基因的表达，促进雄性发育；而完整的ARR17基因被招募到祖先15X后，介导了15XY→15ZW的性别决定系统的更替。随后，W连锁的PI部分重复片段通过small RNA抑制完整的PI基因表达，取代了ARR17相关性别决定机制，介导了ZW系统内部的性别决定机制更新，从而促进了雌性性状的形成。此外，研究还发现，柳树性染色体更替与染色体着丝粒区域的重塑密切相关，这些区域因重复序列丰富、基因密度低，为基因转移和复制提供了理想条件。

通过对柳树性染色体的深入研究，我们不仅揭示了性别决定基因的功能和演化路径，还发现了性染色体更替与快速分化的分子基础。这些成果为理解植物性别决定和快速多样化提供了重要的基因组学证据，同时也为其他植物的性别演化研究提供了宝贵的参考。