Parallel shifts in differential gene expression reveal convergent miniaturization in fishes

脊椎动物 系统发育学 克莱德 收敛演化 基因表达 转录组 基因 计算生物学 进化生物学 表型 生物 机制(生物学) 模式生物 基因调控网络 分子进化 基因表达调控 异速滴定 谱系(遗传) 遗传学 基因表达谱 宏观进化 外温 单元格大小 遗传变异 系统发育树 人类进化遗传学 适应(眼睛) 平行进化
作者
Emily M. Troyer,William T. White,Ricardo Betancur‐R,Dahiana Arcila
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (43): e2512299122-e2512299122
标识
DOI:10.1073/pnas.2512299122
摘要

Body size variation in vertebrates is a complex polygenic trait, tightly correlated with numerous aspects of a species' biology, ecology, and physiology. Miniaturization, the extreme reduction of adult body size, is a common phenomenon across the Tree of Life, yet the mechanisms underlying this process are poorly understood. Here, we investigate the molecular basis of body size evolution in goby fishes, a clade encompassing some of the smallest vertebrates on Earth. We generate a genome-wide phylogeny for 162 Gobioidei species and perform comparative transcriptomics across three clades with repeated instances of miniaturization and large-bodied forms. We identified 54 differentially expressed one-to-one orthologs between miniature and large-bodied species. These genes reveal distinct functional profiles, suggesting that regulation of cell numbers is a key mechanism governing body size control. Miniature species consistently overexpress growth inhibitors like CDKN1B and ING2, associated with tighter cell cycle regulation and decreased proliferation rates, while large-bodied species upregulate growth-promoting genes such as TGFB3, linked to tissue development and growth signaling. These enriched functional pathways, conserved since the Eocene (50 Ma), suggest macroevolutionary convergence in size regulation over deep time. Our findings provide insights into how size determination is governed at a genetic level and highlights the importance of exploring these factors in nonmodel organisms to uncover the fundamental processes regulating vertebrate body size evolution.
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