厦门免费医学论文发表-黑腹果蝇性染色体非整倍体的适应性影响
伊丽莎白·马科维茨，凯特琳·凯斯特尔，凯拉·詹克，伊桑·卡特，亚伦·拉格斯代尔，纳撒尼尔·夏普
抽象
在可能发生的一系列自发突变中，染色体数量的变化可能对种群的进化潜力和受影响个体的状况产生最大的影响。在真核生物中发现了导致非整倍体的染色体不分离，但这种核型变异的后果尚未得到广泛探索。在果蝇黑腹果蝇中，具有 XXY 核型的非整倍体雌性可以通过不分离出现，从其雄性父母那里继承 Y 染色体。虽然 Y 染色体包含的基因很少，但它包含的大量异色性 DNA 可以显着改变女性的全基因组基因表达。我们进行了一系列实验，以了解性染色体非整倍体如何改变受影响女性及其后代的关键特征。在相同的遗传背景下，我们还确定了这种核型自发出现的速率及其站立频率。我们发现 XXY 雌性在很大程度上与 XX 雌性相似，但在接受雄性传递的 Y 染色体时，体型和繁殖力方面具有优势。然而，非整倍体雌性产生的 XYY 雄性存活率降低，限制了非整倍体在突变选择平衡时的站立频率。我们的研究结果表明，非整倍体苍蝇在实验室种群中并不罕见，但这种核型多样性的影响取决于性别和起源父母。
作者总结
繁殖过程中可能发生的一个重要错误是整个染色体的获得或丢失，这种基因组变化通常对受影响的后代有害。我们调查了果蝇 Y 染色体拷贝数异常的起源和后果。在这种生物体中，女性通常是 XX，但在极少数情况下也可以继承 Y 染色体。已知这种 XXY 雌性基因表达发生了变化，但对其生殖特性和额外 Y 染色体的持续存在知之甚少。我们发现 XXY 女性在某些方面与 XX 女性相当，但当它们从男性那里继承 Y 染色体时表现出更高的生产力。然而，这些雌性也会产生 XYY 雄性后代，我们发现这降低了活力，限制了额外的 Y 染色体在种群中的传播。将进化模型与我们对 XXY 起源率的测量相结合，我们得出结论，XYY 雄性存活率的降低足以解释在实验室人群中观察到的 XXY 站立频率。我们的研究提供了对控制基因组变异重要方面的进化和遗传过程的见解。
数字
图 6图 7图8表 1图 1图 2图 3图 4图5图 6图 7图8表 1图 1图 2
引文： Makovec ER、Kestell CC、Janke KK、Carter EJ、Ragsdale AP、Sharp NP （2025） 黑腹果蝇性染色体非整倍体的适应性后果。PLoS 基因 21（6）： e1011703 号。 https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703
编辑 器： Sarah Signor，美国北达科他州立大学
收到： 2024 年 12 月 4 日;接受： 2025 年 4 月 25 日;发表： 6月 3， 2025
版权所有： © 2025 Makovec et al.这是一篇根据知识共享署名许可条款分发的开放获取文章，该许可允许在任何媒体上不受限制地使用、分发和复制，前提是注明原作者和来源。
数据可用性： 报告结果的所有数据均可在手稿中找到或作为补充信息获得。
资金： 1. 本出版物中报告的研究得到了美国国立卫生研究院国家普通医学科学研究所的支持，奖项编号为 R35GM154954 NPS。资助者在研究设计、数据收集和分析、发表决定或手稿准备方面没有任何作用。
利益争夺： 作者已声明不存在相互竞争的利益
介绍
自发突变引入的遗传变异是进化的原材料。虽然大多数突变涉及少量核苷酸，但也会发生更大的基因组变化，包括整个染色体的获得或丢失。在减数分裂过程中，染色体分离不当（不分离）会导致后代具有非典型核型（非整倍体）。这种变异在许多情况下可能是有害的，但也可能是进化新奇的来源[1–5]。在人类中，非整倍体是流产和疾病的主要原因[6–8]。相比之下，酵母似乎对非整倍体相对耐受[9,10]，在天然分离株中发现了核型差异[11]，这与许多适应的实验室研究有关[12]。在果蝇黑腹果蝇中，主要常染色体的非整倍体会导致胚胎致死，而小的第四染色体或 Y 染色体的非整倍体则不会 [13,14]。事实上，一个多世纪以来，果蝇的性染色体非整倍体一直被用于建立和研究遗传学的关键原理，包括遗传的染色体理论[15,16]。然而，这种核型变异的影响和频率动力学尚不清楚。在这里，我们描述了黑腹果蝇的实验，旨在定量探索这种现象，以更好地了解不分离的进化后果。我们考虑了性染色体非整倍体在实验室人群中自发出现的速率、非整倍体如何在代际之间传播、该变异的适应性后果以及非整倍体的站立频率。
在二倍体黑腹果蝇中，性别由 X 染色体的数量决定，其中雌性有 2 条，雄性有 1 条 [17]。据信，大约每 1000 个减数分裂中就有 1 个发生性染色体不分离，并导致一些后代无法存活或不育 [14]。具体来说，雌性的非分离导致 XX 和 ∅ （nullo-X） 配子，当与正常雄性配子结合时，会产生 XXX、XXY∅、X 和 Y∅ 合子（S1 图）;雄性不分离导致 XY 和 ∅ 配子，当与正常雌性配子结合时，会产生 XXY 和 X∅ 合子（S1 图）。XXX 雌性存活率和生育能力低，Y∅ 是胚胎致命的，X∅ 雄性是有活力但不育的;然而，XXY蝇是有活力的、表型“正常”的雌性[14,15]。重要的是，“多余的”Y 染色体可以传递给下一代，因为 XXY 女性将产生 XXY 女性和 XYY 男性后代（S2 图）;我们的研究以这些核型为中心。
该物种的 Y 染色体完全是异色性的，包含很少的基因，包括雄性生育因子和一系列核糖体 DNA （rDNA） 重复序列 [14]。这条染色体也相对较大，在 XY 雄性中约占二倍体核基因组的 11%，在 XXY 雌性中约占 10% [18]，主要由重复的卫星序列组成 [19]。因此，多余的 Y 染色体代表与典型基因组内容的显著偏差，但在蛋白质编码基因含量方面几乎没有变化。有证据表明，Y 染色体拷贝数会影响交配行为 [20–24]、衰老 [25] 和全基因组染色质状态 [26–29]。在 XXY 女性中，Y 连锁基因没有被转录，但 Y 连锁异染色质的存在改变了整个基因组的基因表达模式，包括与性行为和性别特异性组织有关的基因 [30]。鉴于这些发现，我们假设 XXY 女性在健身相关特征上与 XX 女性不同。更广泛地说，我们考虑了“突变-选择平衡”动力学如何适用于这种情况，其中突变（不分离）引入了核型变体，而纯化选择限制了其频率，导致突变核型在平衡时的预期频率不为零。
为了了解性染色体非整倍体的动力学，我们试图解决以下问题：（i） XXY 苍蝇以什么速度自发出现，雌性与雄性如何导致不分离事件？（ii） 多余的 Y 染色体如何影响男性和女性的健康状况？（iii） XXY 核型的常驻频率是多少，它与观察到的突变和选择水平一致吗？
我们在性染色体不分离中发现了性别偏倚，XXY 核型主要通过女性不分离产生。令人惊讶的是，所得的 XXY 雌性与 XX 雌性相似，甚至在某些方面更高，但 XYY 雄性表现出较低的生存能力。使用群体遗传模型，我们发现针对 XYY 的活力选择以及更复杂的核型的活力足以解释我们观察到的 XXY 雌性的低站立频率。我们得出结论，XXY 核型对果蝇不是特别有害，但通过针对相关核型的选择可以防止其传播。尽管我们研究了实验室种群，但我们的研究结果与理解自然界中基因组进化的可能途径相关，特别是考虑到 XXY 核型在某些野生种群中可以变得常见的证据 [31]。
结果
关键方法总结
为了识别和研究具有 XXY 核型的雌性，我们使用了具有 Y 染色体携带可见标记等位基因的果蝇品系，就像以前的研究一样 [21,25,27,30,32–34];因此，我们还考虑了标志物本身的任何潜在影响。一个例外是我们对 XXY 站立频率的测定，它涉及未标记的实验室群体，我们改为应用分子测定和测试杂交来识别核型。我们评估了“游离”Y 染色体（即不附着在 X 染色体上）的影响，但对某些杂交使用了附着的 X-Y 储液。S1-S11 图说明了每种测定中使用的交叉设计，相应的数据集在 S1-S16 表中给出。
自发性不分离
我们首先考虑了导致 XXY 女性的自发性不分离率。以前对这个比率的估计是存在的（在 [14] 中进行了综述），但鉴于非分离遗传变异的证据 [35,36]，我们获得了实验室人群的估计值，以确保与我们的其他测量值进行适当的比较，特别是 XXY 核型的静态频率。我们对不分离率的估计基于两种不同的分析（S1 图和 S1 表;S3 图和 S2 表），总共涉及 38178 个后代，其中可以表型鉴定出“特殊”（非整倍体）后代;我们的一个实验还允许确定非共赘事件的起源父级。我们没有发现两种分析在生成 XXY 女性的频率上存在显着差异（二项式检验：P = 0.86），因此我们将数据集合并到一个最大似然模型中（S1 文本;参数估计见表 1）。我们发现女性性染色体不分离的发生率为 1.49 × 10–3，与以前的报道类似[14]，男性的相应比率明显较低（5.79×10–4;LRT： χ2= 4.22，df = 1，P = 0.04）。考虑到父母双方的不分离，我们的测量表明，每 776 名女性中就有 1 名会重新出现 XXY 核型;该比率与32种野生衍生菌株的估计值[35]（Wilcoxon秩和检验，P=0.69）没有区别，这表明我们研究的群体尽管有长期实验室维持的历史，但具有代表性的不分离率。不分离会产生 XXY 和 X∅ 后代，但后者也可能是由于正常脱节的染色体自发丢失而出现的 [14,37\u201241]。我们发现雌配子的染色体“丢失”率明显高于雄性配子 （LRT： χ2= 29.50，df = 1，P = 5.58 × 10–8).
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表 1. 最大似然模型结果涉及性别特异性不分离率 （rate μ） 和染色体丢失率 （rate λ）。
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从头出现的 XXY 雌性从其男性父母那里继承了一条 Y 染色体，而从现有的 XXY 女性那里衍生的 XXY 女性将从其女性父母那里继承一条 Y 染色体（假设没有进一步的不分离）。此外，来自现有 XXY 雌性的 XXY 雌性可能会受到 XXY 核型的母体效应。我们进行了如下所述的额外实验，以评估母体核型和 Y 染色体起源亲本是否影响女性表型。
非整倍体蝇的减数分裂产物
多余 Y 染色体的持久性可能取决于非整倍体果蝇产生的后代类型。先前的研究表明，在具有现有性染色体非整倍体（称为“继发性”不分离）的果蝇中，不分离的可能性会增加[14,15]（在XXY雌性中：XX ⟷ Y;在XYY雄性中：X ⟷ YY）;我们进行了几次杂交，允许对此类事件进行表型检测。我们没有观察到 XXY 雌性 （S4-S6 图和 S3-S5 表） 或 XYY 雄性 （S7 图和 S6 表） 的继发性不分离病例。应用 Clopper-Pearson 置信区间程序 [42] 和 Cooper 的非分离率估计器 [35,43]，使用我们的汇总数据，女性继发性不分离率的 95% 置信上限为 2.16 × 10–3，在统计上与我们估计的“主要”不分离率（上图和表 1）没有区别。这个结果可能是染色体标记自发改变的人为因素，但这些问题与我们观察到的其他模式不一致（S2 文本）。低次级不分离率意味着 XXY 雌性在与正常雄配时很少会产生无活力的后代核型（即 XXX 和 YY）。
表型标志物和性染色体非整倍体的活力效应
在我们的健身测定中，我们使用体色来区分 XX 女性（黄色身体）和 XXY 女性（由于 y 等位基因标记 Y 染色体而颜色正常）。使用与整倍体果蝇的对照杂交，我们发现没有证据表明黄色表型与雌性或雄性活力降低有关（图 1a 和 S7 表），表明我们对非整倍体活力的测量不受标志物效应的偏倚。我们发现，相对于 XX 女性，XXY 女性的活力没有降低（图 1b 和 S8 表）。相比之下，我们发现 XYY 雄性相对于 XY 雄性的活力降低（图 1c 和 S3 和 S4 表）。我们可以计算 XYY 核型的活力选择系数为 s = （1 – 2f）/（1 – f），其中 f 是 XYY 雄性占雄性总数的频率;我们对该值的最佳估计值为 s = 0.21 （95% CI： 0.10–0.31）。+
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图 1. 标志物和非整倍体的活力效应。
在没有活力效应的情况下，我们预计每种情况下的频率为 0.5。样本量 （N） 反映了评分的果蝇总数。（A） 用于指示非整倍体（黄色）的表型标志物对任何性别的活力都没有显着影响（GLM;女性：df = 29，z = 0.219，P = 0.826;雄性：df = 29，z = –0.076，P = 0.939 ; S7 表）。（B） XXY 雌性的生存能力与 XX 雌性的生存能力没有显着差异 （GLM;df = 2，z = –0.68，P = 0.496;S8 表）。（C） 我们发现证据表明，相对于 XY 雄性，XYY 雄性的生存能力降低 （GLMM，z = –3.539，P = 4.01 × 10–4;请参阅 S3 和 S4 表）。
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涉及化合物染色体 C（1;Y）2、Y1 B1 (S6 图和 S5 表;1286 个后代）显示 X∅ 核型对相对于 XY 的活力无统计学意义（s = –0.11,95% CI：–0.30 至 0.05，P = 0.19），XXYY 核型对相对于 XXY 的活力无统计学意义（s = 0.12,95% CI：–0.03 至 0.25，P = 0.11）; 回想一下 X∅ 雄性是完全不育的;据报道，XXYY 女性的生育能力下降 [14]。
雌性生殖特性和质量
我们检查了来自自发性不分离事件（S1 图）以及来自先前存在的 XXY 雌性（S2 图）的生殖特征，与 XX 雌性（S9 表）相比。我们在择偶试验中评估了雌性吸引力，其中有 1 只焦点雌性 （XX 或 XXY）、1 只标准雌性 （整倍体和棕色眼睛） 和 1 只野生型雄性。在 190 次吸引力试验中，我们观察到了 157 例交配。我们没有发现任何证据表明核型或亲本来源会影响焦点雌性是否首先交配（卡方检验，χ2= 0.639，df = 2，P = 0.727），或第一次交配的时间（Kruskal-Wallis 检验，χ2= 0.837，df = 2，P = 0.658）。然而，我们发现证据表明，与后代生产相关的性状在群体之间存在显著差异（图 2A-D）。在每种情况下，来自自发性不分离事件的 XXY 雌性比来自 XXY 种群的 XX 雌性或 XXY 雌性表现出更大的生殖输出，并且在干体重方面也更大（图 2E）。这样的雌性也不太可能存活到检测结束（图 2F），但这种寿命的缩短并没有完全抵消它们在此期间更高的繁殖力。对于我们同时获得繁殖力和质量数据的个体，这些特征与所有三种雌性类型呈正相关（图 3）。发现在整个繁殖力测定中存活的雌性（N = 70，Wilcoxon 秩和检验，P = 0.049）和未存活的雌性（N = 9，Wilcoxon 秩和检验，P = 0.016）的自发 XXY 雌性相对于种群 XXY 雌性的质量更大。
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图 2. XXY 和 XX 雌性的成虫生产力、质量和存活率。
误差线表示 95% 置信区间。每天的鸡蛋 （A） 和每天的后代 （C） 反映了雌性在检测期间存活天数的平均生产力，而总数 （B 和 D） 反映了与寿命无关的生产力。Kruskal-Wallis 检验每个性状的组间变异结果如下。（A） χ2= 12.683，df = 2，P = 1.761 × 10–3.（B） χ2= 11.002，df = 2，P = 4.083 × 10–3.（C） χ2= 9.04，df = 2，P = 0.0109。（D） χ2= 8.155，df = 2，P = 0.0170。（E） χ2= 8.696，df = 2，P = 0.0129。（F） χ2= 17.757，df = 2，P = 1.393 × 10–4.在每种情况下，成对检验（Wilcoxon 秩和检验）表明源自自发性不分离事件 （de novo） 的 XXY 女性与其他组不同。与 XX 只雌性相比，自发的 XXY 雌性每天产卵量高出约 63% （P = 4.465 × 10–4），鸡蛋总数增加 57% （P = 1.217 × 10–3），每天多出 93% 的后代 （P = 4.773 × 10–3），后代总数增加 84% （P = 7.569 × 10–3），干体重增加 9% （P = 9.463 × 10–3），存活到 4 天测定结束的机会降低了 38% （P = 1.562 × 10–5).对于 XXY 的母猪，与 XX 只母猪相比，后代产量升高的趋势也不显著（每天：P = 0.079;总计：P = 0.100），存活率降低（P = 0.0966）。请参阅 S9 表。
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图 3. XXY 和 XX 雌性的产卵量和体重。
显示每个组的线性回归线。对于所有三种类型的雌性，体重和产蛋量之间都呈明显正相关（方差分析比较嵌套模型;没有证据表明治疗与体重之间存在相互作用：F = 1.080，df = 2，P = 0.342;质量的影响：F = 42.567，P = 9.447 × 10 –10).请参阅 S9 表。
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上述测定比较了分开饲养的 XX 和 XXY 雌性，使我们能够比较具有相同标记表型（非黄色）的果蝇，但需要在单独的小瓶中显影。我们使用在同一小瓶中一起饲养的 XX 和 XXY 雌性重复我们的体重测定，这些雌性可以通过标记表型进行区分，并且母系亲本始终是 XXY（S2 图和 S10 表）。在这种情况下，XXY 女性的平均体重比 XX 女性高 16.6% （t = 3.563，df = 58，P = 7.422 × 10 –4），而单独饲养的果蝇相差 9%（图 2）。然而，这种差异可能是由标志物对体重的影响驱动的。
鸡蛋大小
鉴于 XXY 雌性产卵更多（图 2），我们询问它们的卵是否也更小。我们首先在同一个小瓶中饲养 XX 和 XXY 雌性（可通过标记表型区分;来源于 XXY 亲本），从包括雄性在内的笼子种群中收集卵，并使用显微镜单独测量卵。我们发现 XXY 雌性平均产生较小的卵（图 4 和 S11 表）。如果黄色表型与较大的卵子相关（这里 XX 雌性表达黄色表型，而 XXY 雌性则没有），则可能会出现这种模式，但黄色和非黄色 XX 雌性卵子大小的比较表明，如果有的话，黄色标记与较小的卵子有关（图 4），表明卵子大小的减小确实与 XXY 核型有关。
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Fig 4. Egg sizes of XXY and XX females.
Egg sizes for wild-type Canton-S flies are shown for comparison (left; N = 30). XXY females produced eggs that were 7.7% smaller, on average, than those of XX females reared in the same vials (center; t = 3.024, df = 62, P = 3.63 × 10–3).这不太可能是标记表型差异的结果，因为表达黄色表型的 XX 雌性产生的卵比非黄色 XX 雌性小 4.72% （t = 1.987，df = 92，P = 0.0499。 请参阅 S11 表。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.g004
开发时间
我们在同一个小瓶中饲养 XX 和 XXY 雌性（可通过标记表型区分;来源于 XXY 亲本），发现 XXY 雌性比 XX 雌性发育得更慢（图 5 和 S12 表）。这种差异很大，但很小，相当于 XXY 核型的显影时间增加了 2.5%。我们不能排除标记效应的可能性，即表达黄色表型 （在本例中为 XX） 的果蝇发育得更快，但我们认为这种解释不太可能。在该测定中 XXY 女性的总体频率与 50% 的女性没有差异（二项式检验，N = 1159，P = 0.638），加强了我们上面的推断，即针对 XXY 核型的活力选择是最小的。
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图 5. XXY 和 XX 女性和男性的发育时间。
新出现的 XX 女性 （N = 588） 的累积频率比 XXY 女性 （N = 571） 增加得更快。雄性（通常比雌性出现得晚）也被显示出来以进行比较 （N = 1214），并且将是 XY 和 XYY 的混合。插图：平均出苗时间（天）;平均而言，XXY 女性的出苗时间比 XX 女性晚 7.3 小时 （t = 3.525，df = 1157，P = 4.395 × 10 –4).请参阅 S12 表。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.g005
母体影响
我们关于生育能力相关性状和体重的数据（见上文;图 2）表明，来自自发性非分离事件的 XXY 雌性比来自先前存在的 XXY 雌性的 XXY 雌性具有更高的性状值。为了评估这是否可能是由于 XXY 核型的负面母体效应，我们比较了来自 XX 和 XXY 女性的 XX 和 XY 后代的性状。在该测定中，感兴趣的果蝇在每个性别中具有相同的标记表型，但被单独饲养。我们发现母系核型对后代的繁殖成功没有显著影响，但确实影响了雌性后代的体重，XXY 亲本产生的 XX 后代比 XX 亲本大（图 6 和 S13 和 S14 表）。这表明，如果有的话，XXY 核型对这些性状的母系影响是积极的。
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图 6. XXY 核型对 XX 和 XY 后代的母系影响。
空心方块表示均值。母系核型对 XX 雌性后代的繁殖成功没有显着影响（左上;N = 60 瓶，6882 只果蝇;准二项式回归：t = 1.175，P = 0.245），或 XY 雄性后代（右上; N = 59 瓶，6289 只果蝇;准二项式回归：t = –0.145，P = 0.885; 参见 S13 表）。请注意，在这个实验中，繁殖成功是在表达黄色标记的果蝇中测量的（见 S9 图），这可能解释了相对于竞争对手（右上）而言，焦点雄性的整体繁殖成功率较低。母体核型显着影响 XX 个雌性后代的体重（左下）：XXY 父母的 XX 个后代平均比 XX 个父母的 XX 个后代大 19.5%（t 检验：t = –2.877，df = 62，P = 5.493 × 10–3).XY 雄性后代并非如此（右下;t 检验：t = –0.255，df = 62，P = 0.799;见 S14 表）。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.g006
XYY 男性生殖成功
在与表型标记（棕色眼睛）雄性的竞争中，焦点 XY 雄性平均生育 63.7% 的后代，而局性 XYY 雄性平均生育 60.1% 的后代，差异不显著（图 7 和 S15 表）。这表明 XYY 核型不会影响男性的生殖成功。
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图 7. XY 与 XYY 雄性的成年生殖成功率。
空心方块表示均值。焦点雄性（XY 或 XYY，单独饲养）与 bw/bw 雄性竞争与 bw/bw 雌性竞争，其中 bw 是隐性眼睛颜色标记。该图显示了每个小瓶中具有野生型眼睛颜色的后代的比例，代表了焦点雄性繁殖成功的量度。N = 每次处理 35 瓶，总共对 6144 个后代进行评分。我们没有发现证据表明这些核型之间的雄性成功率不同 （准二项式 GLM： t = 0.599，P = 0.551;见 S15 表）。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.g007
频率变化
作为测量特定性状的替代方法，我们使用实验进化来检查 XXY 雌性频率随时间的变化，这将反映对 XXY 雌性、XYY 雄性以及通过 XXY-XYY 交配创建的其他核型（例如，XXYY）的总体选择。在最初完全由 XXY 雌性组成的种群中，经过一轮繁殖后，XXY 频率下降到约 0.5（图 8 和 S8 表），反映了 XXY 雌性雌性后代中只有一半是 XXY（S2 图），并且 XXY 核型的活力没有降低（图 1）。在随后的几代中，XXY 频率继续下降（图 8 和 S8 表）;在没有任何选择的情况下，这种持续的下降是意料之中的，因为 XXY 雌性将由 XYY 公牛产生，即，多余的 Y 染色体的频率不会发生净变化。我们使用随机模拟（每个场景 10000 个）探索了这种模式。我们首先询问观察到的频率下降率是否可能完全由于针对 XXX 和 XXYY 等复杂核型的选择而发生，即在 XXY 或 XYY 核型没有任何直接适应效应的情况下。我们模拟了与实验种群大小相同、起始组成相同的种群、不重叠的世代、随机交配和以上述确定的速率不分离的种群。在这些模拟中，我们假设核型 X∅、XXX、XXYY 等的适应度为零。在 XXY 或 XYY 核型没有任何适应度影响的情况下，我们发现模拟的频率变化很少像我们观察到的数据那样负（单尾 P = 0.019），并且 12 代进化后的平均 XXY 频率很少与我们观察到的数据一样低（单尾 P < 1 × 10–4).此结果表明，需要对 XXY 或 XYY 进行一些选择才能解释观察到的数据。虽然 XXY 频率的下降可能反映了这种核型对未测量的女性健康成分的影响，但我们考虑了上述针对 XYY 雄性的活力选择是否足以解释这种模式。使用点估计 sXYY= 0.21,9.4% 的模拟人群显示出 XXY 频率变化率，至少与观察到的速率一样极端。使用 s 的 95% 置信下限XYY= 0.10,4.3% 的模拟人群显示出如此极端的结果;使用 S 的 95% 置信上限XYY= 0.31，则 16.4% 的模拟总体显示出如此极端的结果。因此，我们得出结论，针对 XYY 雄性的活力选择可以合理地解释在我们的实验人群中观察到的 XXY 频率下降，即使没有针对 XXY 雌性的直接选择。
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图 8. 实验人群中 XXY 雌性随时间的变化频率。
在女性中，XXY 核型的频率在 12 代过程中显着下降（准二项式 GLM：t = –11.87，P = 3.53 × 10 –14;请参阅 S8 表）。每条线代表一个独立的种群，平均每代有 287 个成年人。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.g008
站立频率
我们使用两种方法来估计实验室人群中 XXY 核型的站立频率。使用测试交叉方法，我们在 158 名测试者中检测到 1 名 XXY 女性（S16 表）。使用 PCR 方法，我们在测试的 75 只中检测到 1 只 XXY 女性。这些比率在统计学上没有差异（Fisher 精确检验，P = 0.54），因此我们继续使用近似贝叶斯计算 （ABC） 组合分析这些数据，并考虑测试交叉方法中的检测偏倚（参见材料和方法）。根据 50000 个后验值，我们估计女性 XXY 核型的常态频率为 0.0133 （95% CI： 0.0027–0.0320）。换句话说，我们最好的估计是，在这个实验室人群中，每 75 名女性中约有 1 名患有 XXY 核型 （95% CI： 1/31–1/370）。
基于突变选择平衡估计 XXY 的适应度效应
作为估计 XXY 核型 （w二十一），我们考虑了一个突变-选择平衡模型，其中变异在平衡状态下的预期静止频率 q* 由突变率 μ 和纯化选择的强度 s 决定，其中 q* ≅ μ/s。我们试图确定 w 的值二十一这将产生观察到的 XXY （f二十一），考虑到我们观察到的性别特异性突变率（不分离）。我们生成了一个核型频率变化的确定性模型 （S3 Text），同时考虑到观察到的 XYY 核型 （wXYY），并求解两个未知参数：w二十一和 XYY 雄性的站立频率 （fXYY).我们通过应用具有 f 值的模型获得了未知数的可信区间二十一和 wXYY从它们各自的后验分布中采样。基于这个模型，我们估计 XXY 只雌性具有 w二十一= 1.009 （95% CI： 0.708–1.110），这意味着我们不能拒绝 XXY 女性与 XX 女性具有相同生殖成功的原假设。该模型还表明，大约每 200 名男性中就有 1 名的 XYY 核型处于平衡状态 （fXYY= 0.005;95% CI：0.001–0.012）。
上面的模型结果假设非分离率不受核型的影响，但我们还探讨了非整倍体果蝇（次生不分离）中升高的不分离对这些推断的影响。如果我们假设两性 [14] 的继发性不分离率为 0.032，则模型结果 w二十一仅略有不同 （w二十一= 1.024,95% CI：0.717–1.126），fXYY基本上没有变化。一般来说，该模型显示较高的次级不分离率与较高的 XXY 女性适应度估计值相关，其中 w二十一> 1.
讨论
我们的目标是量化性染色体不分离在种群水平上的影响。我们首先测量了每种性别中不分离发生的频率。我们的数据（表 1）与之前的比率估计一致，但澄清了女性父母是不分离事件 （72%） 和染色体丢失 （99%） 的主要来源。在果蝇和其他物种中，减数分裂的关键方面存在性别差异，这可以转化为不同的实际不分离率 [44–47]。就其遗传后果而言，偏向雌性的不分离意味着大多数从头出现的 XXY 苍蝇将是 XMXMYP而不是 XMXPYP，其中 M 和 P 分别是指母系和父系起源的染色体。大多数人类非整倍体也是母系来源的，但男性和女性父母对克兰费尔特综合征（XXY）的性染色体不分离的发生的影响相似[6,7]。
接下来，我们考虑了非整倍体果蝇中的健身成分。XXY 核型以非分离方式出现，但 XYY 核型通常不分离（假设 XX 和 XY 亲本）。然而，XXY 雌性大约一半的雄性后代将是 XYY，因此两种类型的适应性都是相关的。我们发现 XYY 雄性存活率降低的证据，但 XXY 雌性没有（图 1）。对于 XYY，我们的数据显示选择系数为 s = 0.21 （95% CI： 0.10–0.31），这是实质性的，并且与早期报告一致 [48,49]。如果 XXY 父母优先传递 X 配子而不是 XY 配子，则在我们的测定中可能会出现针对 XYY 的活力选择的错误信号（参见 S4 和 S5 图），但我们在这些测定中同样回收了 XX 和 XXY 雌性的事实表明情况并非如此。针对果蝇中有害等位基因的性别特异性活力选择可能并不少见[50]，尽管这种情况似乎是一个极端的例子。进一步量化 Y 染色体非整倍体的活力对于解决这些影响是否是由于整个 Y 染色体的拷贝数与特定元件的拷贝数有关而有价值的。
虽然我们发现 XX 和 XXY 雌性在活力上没有差异，但我们的实验揭示了其他几个性状的差异。我们有机会检查两种类型的 XXY 女性：那些通过不分离从头出现的，以及那些来自先前存在的 XXY 女性的。我们发现，与来自 XXY 亲本的 XX 雌性或 XXY 雌性相比，新生的 XXY 雌性具有更大的体重和早期生育能力（图 2），尽管正如预期的那样，所有群体的质量都与生育能力呈正相关（图 3）[51]。原则上，如果 XXY 核型赋予增加的质量和繁殖力，但也具有负面的母体效应，则可能会出现这种差异。在其他实验中，我们没有发现 XXY 核型对母体有负面影响的证据;事实上，我们检测到 XXY 对 XX 后代体重的积极母体影响（图 6）。另一种解释是 Y 染色体起源的亲本与 XXY 雌性适应性有关：通过自发不分离产生的 XXY 果蝇具有父系衍生的 Y 染色体，而来自现有 XXY 果蝇的 XXY 果蝇将从其雌性亲本那里获得其 Y 染色体，只要没有发生额外的不分离（S2 图）。
亲本起源效应可能通过印记产生，印记是一个表观遗传过程，其中可遗传的染色体标记以性别特异性的方式建立[52]。已经对果蝇的全基因组印记进行了详细研究，但关于其患病率的结果喜忧参半[53–56]，但有一致的证据表明印记在Y染色体上[26,33,34,57,58]。我们的结果表明，男性印记的 Y 染色体增加了 XXY 女性的大小和繁殖力，代表了性染色体不分离的积极但短暂的结果;XXY 雌性活力也可能受到原产地亲本的影响，但我们的检测并未解决这种可能性。令人惊讶的是，在配偶偏好试验中，从头 XXY 雌性体型的增加并没有带来可检测到的吸引力增加，这是意料之中的[51]，但我们可能只是缺乏在小样本中检测这种关系的能力。我们建议未来对非整倍体果蝇的研究考虑起源亲本效应的可能影响。
虽然我们发现从头 XXY 雌性以较高的速度产生卵和后代，但它们在我们的分析过程中也显示出存活率降低（图 2F），这将抵消这种核型的任何繁殖力优势。相比之下，相对于 XX 母猪，来自 XXY 亲本的 XXY 雌鱼表现出略微升高的繁殖力和略微降低的存活率（图 2;这些差异略微不显著）。这表明 XXY 核型对繁殖力有中性到积极的影响，对寿命有中性到消极的影响，这取决于 Y 染色体起源的亲本。以前的研究（对复合染色体进行）也表明，XXY 雌性的寿命缩短了 [25]，但这些发现可能是由遗传背景的混杂效应驱动的 [29]。
Y 染色体对雌性繁殖力的影响促使我们检查 XXY 果蝇产生的卵是否与 XX 果蝇产生的卵不同。我们发现 XXY 雌性产生的卵比在同一小瓶中饲养的 XX 雌性卵小 7.7%（图 4）。有证据表明，卵巢中的基因表达对Y染色体的存在特别敏感[30]，并且未受精卵的核苷酸含量在XX和XXY女性之间不同[59,60]。已知卵的大小与胚胎活力和幼虫发育速度呈正相关[61]，因此产生较小的卵可能代表XXY核型的适应性成本。
我们检测到 XXY 核型的另一个潜在成本是发育延迟，Y 染色体的存在平均将成年女性的出现延迟约 7 小时（图 5）。这可以减缓多余 Y 染色体在种群中的传播，但也可能允许 XXY 女性达到更大的成年体型（图 2E）。我们没有直接测试多余的 Y 染色体对雄性发育时间的影响，因为在该测定中无法区分 XY 和 XYY 雄性。然而，我们注意到，雄性平均比XX雌性晚12.5小时出现，这比该性状的典型性二态性水平（4小时）大[62]。如果我们假设 XY 雄性比 XX 雌性多花 4 小时发育，并考虑到由于活力选择而导致 XYY 雄性的频率降低，我们的数据表明雄性中额外的 Y 染色体会增加 19.3 小时的发育时间;考虑到观察到的性二态性范围 [62]，我们可以推断男性中额外的 Y 染色体会增加 15.6-28.4 小时的发育时间。因此，我们看到暗示性证据表明，多余的 Y 染色体在两性中都延迟了发育，在男性中延迟更大，但这种推断在男性的情况下是间接的。进一步的工作可以阐明对雄性的影响，并确定导致这些影响的具体发育阶段。
先前的几项研究表明，雄性生殖成功的差异是果蝇中针对有害突变的选择的主要来源[63–72]，我们考虑了性染色体非整倍体是否也是如此。有证据表明，在存在多余 Y 染色体的情况下，特别是存在 3 条或更多 Y 染色体的情况下，男性生育能力下降 [20–24]，但我们没有发现 XY 和 XYY 雄性之间的实际生殖成功率存在差异（图 7）。这种差异可能部分源于使用不同的标记方案：先前的研究使用复合染色体，雄性在包含表型标记的重复区域超倍体，而我们研究了具有两条游离 Y 染色体的雄性，其中只有一条标有 Dp（1;Y）y.另一种可能的解释是，在交配前和交配后竞争的情况下，性选择的模式取决于是否考虑交配成功与实现的生殖成功[73,74]。XYY 雄性强大的繁殖成功将有助于维持多余的 Y 频率，因为在没有额外的不分离的情况下，它们的所有雌性后代都将是 XXY。+
我们对了解多余 Y 染色体上的总选择感兴趣;在我们研究的性状中，针对 XYY 雄性的活力选择是最大的贡献者，但也有证据表明对其他性状（例如雌性繁殖力和寿命）有更微妙的影响。根据这些特征预测整体选择是困难的，因为它们对总适应度的相对重要性是未知的，我们不能排除通过未测量的特征进行选择的可能性。为了理解整体选择，而不管涉及的具体性状如何，我们采取了两种基于实验进化和突变-选择平衡的另外方法。
在以 XXY 雌性和 XY 雄性开始并允许进化 12 代的重复种群中，我们看到 XXY 核型的频率迅速而持续地下降（图 8）。通过模拟，我们确定针对 XYY 雄性的活力选择（图 1）足以解释观察到的频率下降率。此外，在这种最初多余 Y 染色体频率较高的人工情况下，非整倍体雄性和非整倍体雌性之间的交配并不少见，这将产生 XXYY 雌性和其他存活率和生育能力降低的高倍体核型[14]。因此，这些实验进化数据与 XXY 女性具有与 XX 女性相似的总适应度的观点是一致的。
另一种理解 XXY 核型总选择的方法依赖于突变-选择平衡的概念，其中突变类型的常态频率反映了其不分离的出现和选择的去除之间的平衡。使用 PCR 和测试杂交，我们发现在未标记的实验室人群中，女性的站立频率约为 1/75。这大约是自发 XXY 苍蝇从头出现频率的十倍，因此对多余 Y 染色体的净选择粗略估计为 10%，与观察到的对一半受影响个体（XYY 雄性）的 21% 活力选择一致。我们开发了这些动力学的正式模型，解释了性染色体传递的性质和我们对不分离率和站立频率的估计中的不确定性。该模型表明，在存在针对 XYY 雄性的活力选择的情况下，即使没有任何直接选择或反对该核型（即 wXXY≅ 1）。当我们假设次级不分离率较高时，这个结论基本上没有变化;事实上，如果 XXY 雌性通过次生不分离产生 XX 和 Y 配子，则通常会产生几乎没有活力的后代（XXX 和 YY），因此 XXY 雌性必须更高效地解释给定的 XXY 站立频率。将此模型应用于被认为经历较高次级不分离率的人群的站立 XXY 频率数据将很有价值。
总而言之，我们发现 XXY 核型影响了一些特异性状，但这些影响似乎相对较弱且方向复杂。如果 XXY 核型有健康的好处，那么从男性父母那里获得 Y 染色体的女性很可能体验到这些好处。鉴于观察到的针对 XYY 雄性的活力选择水平，在突变-选择平衡下 XXY 频率和站立 XXY 频率的实验进化也与 XXY 雌性具有接近野生型的适应性一致。因此，虽然 Y 染色体的存在可能会显着改变女性转录模式 [26–30]，但受影响的个体在适应性方面对这些变化相对稳健。然而，我们不能排除非整倍体在自然种群中的影响可能与实验室中检测到的影响不同的可能性，特别是考虑到 Canton-S 在小种群规模中的长期维持。在 1987 年从塞舌尔分离的黑腹果蝇野生菌株中，X 连锁 rDNA 位点大大减少，该菌株的雌性每个菌株都携带一条或两条 Y 染色体作为 rDNA 的来源 [31]。这些作者还发现证据表明，多余的 Y 染色体随后进化为截短，可能会降低女性的成本，但也不支持男性的生育能力;然而，在这种情况下，事件的原始顺序和选择压力尚不清楚[31]。我们的数据表明，XXY 核型可能对女性不是特别有害，并且在我们研究的实验室菌株中也不是很罕见;如果这些模式适用于野生种群，则可以容忍 X 连锁 rDNA 的丢失，就像本例中一样，并更普遍地促进核型进化。
材料和方法
统计分析
我们进行了统计分析，并在 R [75] （S1 文件） 中准备了数据。整篇文章都提到了具体的分析方法。当指示非正态性时，我们应用非参数方法。我们使用广义线性模型 （GLM） 分析了二项式数据，考虑了过度离散（如果存在），并在某些情况下使用 lme4 包 （GLMM） 包括随机效应项 [76]。
苍蝇培养
我们使用在 25C 下在确定的酵母-糖-琼脂培养基上饲养的果蝇，在 12：12 的光照：黑暗循环下进行了所有实验。除非另有说明，否则我们根据 CO 进行了交叉2使用羽化后 2-5 天大的果蝇进行麻醉，雌性作为处女收集在接种有活酵母的标准小瓶中。
遗传背景和标志物
我们于 2019 年从布卢明顿果蝇种群中心 （RRID：BDSC_64349） 获得了 Canton-S 野生型遗传背景，并将该菌株维持为一个大型的近交实验室种群。我们使用来自这种遗传背景的果蝇进行实验，将表型标记或标记的染色体杂交到这种遗传背景中。为了追踪杂交中的 Y 染色体，我们获得了具有表型标记的 Y 染色体 （RRID：BDSC_1531） 的果蝇，它由染色体间重复 Dp（1;Y）y.在这种菌株中，X 染色体的远端部分，包括基因黄色 （y） 被复制到 Y 染色体的尖端。在 X 染色体上存在非功能性 y 等位基因 （y+1在这种情况下），由于 y，携带这条标记的 Y 染色体的果蝇具有野生型体色，而没有 Y 染色体的果蝇具有黄色体色。为了估计性别特异性的不分离率，我们还使用了类似的库存，其中 Y 染色体用表型显性标记标记 Bar+S（RRID：BDSC_1542）。对于其他测试，我们还使用了化合物 X-Y 染色体原体 （RRID：BDSC_2487） 和可见标记 （mD， X 连锁， RRID：BDSC_70;BW1，常染色体，RRID：BDSC_264），回交到 Canton-S 遗传背景 8 代。
获取 XXY 女性和 XYY 男性
XXY 核型可由于女性或男性的自发减数分裂不分离而出现。我们生成了大量携带 y 的苍蝇1X 染色体上的等位基因和 Y 染色体上的 y 等位基因（S1 图）。在几代人的过程中，我们在这个群体中确定了非黄色 （XXY） 女性，并将她们收集为处女。我们使用一些 XXY 雌性进行进一步的测定（见下文），使用其他雌性来创建一个持续的库存（S2 图），我们从中收集了额外的雌性进行表型测定。作为我们基于 PCR 的站立 XXY 频率测定的一部分（见下文），我们证实了 XXY 储液中的雌性中存在 Y 连锁 DNA，作为阳性对照，而 XX 雌性中不存在 Y 连锁 DNA，作为阴性对照。此外，我们使用 XXY 雌性生成 XYY 雄性用于某些测定（见下文）。+
测量自发不分离
在收集 XXY 雌性（见上文）期间，我们记录了 XXY 和 XX 苍蝇的数量，以评估不分离的自发率。在这种情况下，XXY 雌性可以通过任何亲本中的不分离产生（S1 图）。在估计不分离率时，我们忽略了前两个收集期，以排除在收集开始之前可能是种群中存在的非整倍体后代的雌性。我们还想另外区分女性和男性不分离，部分原因是为了更好地参数化非整倍体频率的模型;为了实现这一目标，我们进行了具有不同标记方案（S3 图）的测试杂交，其中雌性和雄性不分离的产物具有不同的表型。该测定中的女性亲本来自具有标记 Y 染色体的原本，以确保它们是 XX。我们使用最大似然优化来确定不分离和染色体丢失的性别特异性率 [14,37–41]，这将产生观察到的数据（S1 文本），应用 R 包 bbmle [77]。
非整倍体蝇的减数分裂产物
我们进行了几次杂交，以评估 XXY 雌性 （S4-S6 图） 和 XYY 雄性 （S7 图） 的减数分裂产物。在后一种情况下，我们首先根据对 Dp（1; Y）y 剂量 [14]，然后通过检查后代表型来验证这些父的核型（S7 图）。+
表型标志物和性染色体非整倍体的活力影响
由于我们的实验通常需要使用黄色表型的存在或不存在来识别替代核型，因此我们检查了这种标记变异本身是否会影响具有标准核型的每种性别的活力（S8 图）。我们使用广义线性模型分析了这些数据;没有过度分散的迹象。没有发现标记效应的证据（见结果），我们可以使用某些杂交中的表型频率来指示替代核型的相对活力。
在雌性中，我们使用了来自大瓶 F 的数据1来自我们关于 XXY 频率变化的实验的苍蝇，如下所述（相当于 S2 图）。设计用于检测 XXY 雌性次生不分离的杂交（S4 和 S5 图）也表明 XYY 雄性核型相对于 XY 雄性的活力效应;在这些测定中，可以区分 XYY 和 XY，因为女性亲本的 Y 染色体被标记而男性亲本的 Y 染色体没有。我们使用 GLMM 分析后代频率作为二项式响应，使用考虑区组随机效应的 GLMM 来解释过度离散，计算 Wald 置信区间。如果雄性存在不分离或 XXY 雌性中存在继发性不分离，这些测试将低估 XYY 活力效应（参见 S4 图），但由于这两种比率都很低，我们预计这种偏倚可以忽略不计。
女性生殖性状
我们与 XX 女性进行了比较，检查了 XXY 女性（如上所述收集）的几种生殖特征。我们与从 XXY 雌性相同的小瓶中收集的 XX 雌性进行了一些比较（因此标记表型不同，参见 S2 图），或从单独的小瓶中收集的 XX 雌性，这是由 y/y 雌性与野生型雄性杂交产生的，其标记表型与焦点 XXY 雌性 （+/y， 非黄色）。
我们评估了在竞争雌性和野生型雄性的配偶选择试验中个体焦点雌性 （XXY 或 XX） 的吸引力。竞争对手的雌性携带棕色眼睛颜色标记 bw/bw，使我们能够确定焦点或竞争对手的雌性是第一个交配的。我们首先将雌性样品瓶放在一个样品瓶中，将生物性样品瓶放在 CO 下的另一个样品瓶中2麻醉，然后在没有麻醉的情况下将雄性和雌性混合，开始 Mate Choice 测定。我们通常丢弃任何在大约 200 分钟内没有发生交配的试验。来自这些试验的雌性也被纳入随后的繁殖力测定中，在吸引力测定中交配的雌性立即进行卵计数。我们使用卡方检验分析了焦点雌性首先交配的试验频率，并使用 Kruskal-Wallis 秩和检验测试了交配潜伏期的组间变化。
为了评估繁殖力，我们将局灶性雌性（羽化后 2-5 天）与两个野生型雄性分别放在小瓶中一天，然后丢弃雄性并将没有麻醉的雌性以 16 小时或 8 小时的时间增量转移到新的小瓶中;这些样品瓶包含标准培养基和蓝色食用色素，便于每次转移时进行鸡蛋计数。我们计算了四天内产生的所有鸡蛋，并保留了产卵瓶;我们在 11 天和 15 天后从这些小瓶中计数成虫，以估计后代产量。我们还对分析期间焦点雌性的生存率进行了评分;用于繁殖力测定的雌性也包括在干体重的测量中（见下文）。我们使用 Kruskal-Wallis 秩和检验分析了这些特征。此外，我们使用 t 检验比较了携带不同标记表型但饲养在同一小瓶中的 XX 和 XXY 雌性之间的体重。
干质量
为了测量干体重，我们首先将果蝇单独冷冻在 –20C 的小管中至少一天。接下来，我们打开试管并在 70C 下干燥果蝇约 24 小时。最后，我们在梅特勒-托利多XP105DR分析天平上单独称量干燥的果蝇 （d = 0.01 mg）。在某些情况下，为也参与繁殖力测量的雌性收集质量测量值;在这些情况下，雌性在繁殖力测定结束时（146 例）或死亡后不久（11 例）被冷冻。
鸡蛋大小
为了检查鸡蛋大小，我们将接种活酵母的标准培养基的培养皿放在 130-160 只果蝇的笼子中，并在过夜产卵后收集鸡蛋。我们测量了 XXY 雌性或 XX 只雌性在同一小瓶中饲养的卵（根据体色表型区分）在笼中放置时，用 Dp（1;Y）y 雄性。我们还测量了野生型果蝇的卵作为比较标准。最后，我们还测量了在同一小瓶中饲养的标记和未标记的雌性卵（S8 图），以测试 y 标记的效果。我们使用校准的载物台千分尺估计了 100 × 放大倍率下的鸡蛋长度 （L） 和宽度 （W），计算出的鸡蛋体积为 （1/6）πW+2L 的 L 呈现球状 [78]。
开发时间
我们使用 S2 图中的十字检查了卵到成虫的发育时间，在没有活力选择的情况下，它将产生相等频率的 XX 和 XXY 果蝇（可通过体色区分）。我们允许 2 只 XXY 雌性和 2 只 Dp（1;Y）y 雄性在 26 个小瓶中的每一个小瓶中产生后代，持续三天，然后在接下来的 18 天内每天两次对成年后代的出现进行评分。我们还对雄性的出现时间进行了评分，其中 XY 和 XYY 核型是预期的，但在这种情况下表型无法区分。为了进行分析，我们将每只苍蝇视为一个重复，其出现时间等于它们出现的观察期的中点。+
母体影响
如果存在 XXY 核型的母体效应，则可能会出现来自自发不分离的 XXY 雌性与来自 XXY 亲本的 XXY 雌性之间的差异。为了检查这种可能性，我们设计了杂交，从 XXY 亲本或 XX 亲本获得具有 y/y 标记基因型的 XX 雌性（S9 图）。我们使用类似的设计从 XXY 亲本或 XX 亲本获得具有 y/Y 标记基因型的 XY 雄性（S9 图）。我们在由两个焦点果蝇、两个与焦点果蝇同性的 bw/bw 果蝇和四个作为焦点果蝇的异性 bw/bw 果蝇组成的复制瓶中测量了这些焦点果蝇的繁殖成功率。此外，我们使用上述方法对局灶性果蝇进行了体重测量。
XYY 男性生殖成功
我们还获得了 XYY 雄性以评估它们的繁殖成功率（S10 图），与单独收集的 XY 雄性相比（在这两种情况下，雄性都具有野生型体色）。我们生成了两个聚焦雄性（XYY 或 XY）、两个竞争对象 bw/bw 雄性和四个 bw/bw 女性的重复样品瓶。我们使用准二项式广义线性模型分析了焦点雄性的生殖成功率，由非棕色眼睛后代的比例表示。
XXY 频率变化
为了了解 XXY 和 XYY 核型的整体适应度影响，我们允许核型频率在实验人群中进化。我们启动了三个种群，每个种群使用 60 只 XXY 雌性和 60 只 XY 雄性，并将它们保存在瓶子中 12 代。在这些人群中，可以根据体色区分女性核型。第 1 代（即第一代后代）的雌性核型频率用于推断 XXY 的活力效应（S2 图）。在随后的几代中，XXY 雌性的频率将反映她们自身的健康状况以及 XYY 雄性和其他核型的健康状况。没有发现种群间差异的证据，我们使用 GLM 将这些数据作为二项式反应进行了分析。我们还对 12 代的 XXY 频率变化进行了匹配的 Wright-Fisher 样模拟，并测试了针对 XYY 雄性的有和没有选择的模拟种群是否类似于我们观察到的数据，考虑到与二项式 GLM 中世代相关的斜率。
XXY 的常驻频率
我们使用两种方法来估计 XXY 核型在 Canton-S 背景的近交实验室种群中的常态频率，其中 Y 染色体未标记。在第一种方法中，我们从实验室人群中抽取雌性作为处女，并与具有化合物 X-Y 染色体 C（1;Y）2、Y1 B1.如果雌性是 XX，则该杂交的所有未标记的雄性后代将是 X 无效且不育的，而 XXY 雌性未标记的雄性后代中有一半将是 XY 且可育（S11 图;在没有次生不分离的情况下）。对于每个样本的雌性，我们测试了几个雄性后代的生育能力，通常在两个小瓶中，每个小瓶有三只雄性，与几只 bw/bw 雌性一起饲养;BW 标记确保由于实验错误而非处女的雌性会产生与可育焦点雄性的后代区分开来的后代。我们对 775 名未知核型雌性产生的 158 名雄性后代进行了这些测试。
此外，我们从实验室人群中抽取了女性样本，并进行了 PCR 以检测 Y 染色体的存在。我们从女性头部中提取 DNA，以避免生殖道中可能存在的携带 Y 的精子的任何影响，并使用蛋白酶 K 消化。我们使用以下引物序列 （5' 至 3'） 扩增 Y 连锁基因 kl-2 的一部分，预期产物大小为 409 bp：AGTTATTTCCCAACCGCGTG、CAGGAAGTCGCGCACATTTA。我们的初步测试证实，当这些引物应用于 XY 雄性或来自标记 Y 菌株的已知 XXY 雌性时，会产生可检测的条带。为了降低由于样品污染而导致假阳性的风险，我们还纳入了来自标记 Y 菌株的 XX 女性形式的阴性对照，并排除了在这些样品中检测到条带的任何数据块。保留的数据包括 75 名未知核型的 Canton-S 雌性、40 名阳性对照（30 名已知的 XXY 雌性加上 10 名 XY 雄性）和 30 名阴性对照（来自标记的 Y 种群的 XX 名雌性）。
在确定上述两种方法的 XXY 频率估计在统计上无法区分（见结果）后，我们使用 ABC 分析了组合结果以获得单个频率估计并考虑了测试交叉方法下假阴性的可能性（即，如果雄性样本在给定家庭中以 50% 的频率存在，则雄性样本不包括任何可育雄性的概率）。我们从均匀分布 U（0， 0.1） 中绘制了静态频率 f 的随机值。对于反映检验交叉分析的给定模拟，n1= B（158， f） 女性被分配了 XXY 核型，其中 B 是二项分布。检测到的病例数为 ，其中 sgn 是符号函数，k我是从数据集中采样的雌性 i 测试的雄性后代的数量（范围从 1 到 6，平均值 4.9）。对于反映 PCR 分析的给定模拟，n2= B（75， f） 雌性被分配 XXY 核型。我们保留了 50000 个 f 的模拟值，这些值产生了 = 1 和 n2= 1 作为后验分布，并基于分位数报告此分布的平均值和 95% 可信区间。
非整倍体的突变选择平衡模型
我们模拟了随机交配下 XX 和 XXY 雌性以及 XY 和 XYY 雄性的确定性频率动力学，并结合了我们对性别特异性不分离率、XYY 核型的生存影响以及 XXY 核型的静止频率的估计。未知参数是 XYY 雄性的频率和 XXY 核型的相对适应性。我们对稳态核型频率进行了数值求解，产生了未知参数的估计值。我们从已知参数的后验分布中抽取了 50000 个值，以获得未知参数的可信区间。S3 Text 中给出了核型频率变化的详细信息和方程式。
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按最大似然估计性别特异性不分离率。
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S1 文本。 按最大似然估计性别特异性不分离率。
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S2 文本。 染色体标记自发改变的预期影响。
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S3 文本。 非整倍体的突变-选择平衡模型。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s003
（DOCX）
S1 图 通过自发不分离产生 XXY 雌性。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s004
（TIF）
S2 图 从现有的 XXY 果蝇中生产 XXY 雌性和 XYY 雄性。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。具有额外 Y 染色体的男性可以根据毛翅 （Hw） 表型进行识别。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s005
（TIF）
S3 图 检测女性和男性的不分离和染色体丢失。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。染色体符号如 S2 图 1 所示。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s006
（TIF）
S4 图 XXY 雌性与 WT 雄性杂交的产物和 XYY 雄性活力的估计。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s007
（TIF）
S5 图 将 XXY 雌性的产物与标记的雄性杂交，并估计 XYY 雄性活力。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s008
（TIF）
S6 图 XXY 雌性的产品杂交到 C（1;Y） 雄性以及 X∅ 和 XXYY 活力的估计。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s009
（TIF）
S7 图 鉴定 XYY 雄性和产生的后代。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s010
（TIF）
S8 图 测试表型标记物对活力的影响。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出显示可见的表型。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s011
（TIF）
S9 图 估计 XXY 核型对生殖成功的母体影响。
我们进行了一组杂交，以获得具有共同核型和标记但具有不同母系核型的雄性和雌性果蝇;我们测量了这些果蝇与 BW/BW 果蝇竞争的繁殖成功率。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s012
（TIF）
S10 图 获取 XYY 雄性进行测试。
指示指定十字的乘积，包括不相交的情况。一些细胞被阴影化以突出可见的表型和活力。在这个杂交中，即使在雌性存在继发性不分离的情况下也可以识别 XYY 雄性;非 y XY 雄性也可能在雄性中出现不析取，但这种情况非常罕见。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s013
（TIF）
S11 图 用于识别未标记菌株中的 XXY 雌性的测试杂交。
与 C（1;Y） 雄性，XX 雌性将产生全部不育的雄性后代，而 XXY 雌性将产生一些可育的雄性后代。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s014
（TIF）
S1 表。 通过自发不分离产生 XXY 雌性，其中无法区分起源的父母。
参见 S1 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s015
（XLSX）
S2 表。 通过自发不分离和染色体丢失产生特殊后代，其中可以确定起源的父母。
参见 S3 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s016
（XLSX）
S3 表。 XXY 雌性与 WT 雄性杂交的产品。
参见 S4 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s017
（XLSX）
S4 表。 XXY 雌性与 m 杂交的产品D男性。
参见 S5 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s018
（XLSX）
S5 表。 XXY 雌性与 C（1;Y） 雄性。
见 S6 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s019
（XLSX）
S6 表。 鉴定 XYY 公牛和产生的后代。
参见 S7 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s020
（XLSX）
S7 表。 测试黄色标记物对雄性和雌性的活力影响。
参见 S8 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s021
（XLSX）
S8 表。 12 代中三个种群中 XXY 核型的频率变化。
第 1 代数据用于推断 XXY 活力效应。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s022
（XLSX）
S9 表。 XX 与 XXY 雌性的特征：交配、质量、繁殖和生存。
一些果蝇（但不是全部）被包含在多个性状测定中。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s023
（XLSX）
S10 表。 一起饲养的 XX 和 XXY 雌性的干体重测量值，可通过标志物表型区分。
参见 S2 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s024
（XLSX）
S11 表。 不同核型和标记表型的雌性产生的卵的大小。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s025
（XLSX）
S12 表。 XXY 雌性（非黄色）、XX 雌性（黄色）和雄性的发育时间。
样品瓶的开始时间 11 年 28 月 22 日 19：30。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s026
（XLSX）
S13 表。 XX 与 XXY 对雄性和雌性后代生殖成功率的母体影响。
参见 S9 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s027
（XLSX）
S14 表。 XX 与 XXY 对雄性和雌性后代干质量的母体影响。
参见 S9 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s028
（XLSX）
S15 表。 XYY 雄性与 bw/bw 雄性竞争的繁殖成功率。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s029
（XLSX）
S16 表。 基于测试交叉的 XXY 站立频率分析。
见 S11 图
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s030
（XLSX）
S1 文件。 用于数据分析的 R 代码。
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1011703.s031
（R）
确认
感谢 D. Smith 在 PCR 方面的帮助。苍蝇质量数据是在威斯康星大学麦迪逊分校生物物理学仪器设施获得的。
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