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自私基因打破百年孟德爾分離定律

日期:2015-02-14 08:56:07

 最近,北卡羅來納大學教堂山分校(UNC)的醫(yī)學研究人員發(fā)現(xiàn),一個叫做R2d2的基因——減數(shù)分裂驅(qū)動meiotic drive2的響應基因,打破了一百多年以來的孟德爾“分離定律”,該定律認為,后代繼承雙親每個基因兩個拷貝其中一個的概率是相等的。

 

多年來,科學家們有證據(jù)表明,在哺乳動物中這一定律正在被打破,但是他們不知道具體細節(jié)。現(xiàn)在,他們認為一個所謂的“自私基因”—— R2d2與此有關(guān)。UNC醫(yī)學院科學家?guī)ьI(lǐng)的國際科學家小組,利用來自于數(shù)千只基因多樣化小鼠的數(shù)據(jù),表明雌性小鼠更多地向后代傳遞R2d2基因的一個拷貝。

 

這一研究結(jié)果發(fā)表在最近的《PLoS Genetics》雜志,具有廣泛的影響。例如,當醫(yī)生估算一個人繼承致病基因的概率時,計算是基于孟德爾定律。進化遺傳學和種群遺傳學領(lǐng)域的研究結(jié)果,也都是基于孟德爾定律。這個發(fā)現(xiàn)可能對生物醫(yī)學、傳染病、甚至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的影響。

 

本文的資深作者、遺傳學教授Fernando Pardo-Manuel de Villena博士稱:“R2d2是一個了解甚少的現(xiàn)象(稱為雌性減數(shù)分裂驅(qū)動)的極好例子。在人類中這種顯著但知之甚少的現(xiàn)象包括,傳遞可引起三體性(trisomies)的融合染色體——三個染色體被傳遞給后代,而不是兩個。”三體性與流產(chǎn)有關(guān),或可導致發(fā)育障礙,包括唐氏綜合癥、愛德華茲和三體綜合征。

 

Pardo-Manuel de Villena說:“了解減數(shù)分裂驅(qū)動如何起作用,可能會揭示這些疾病相關(guān)的減數(shù)分裂異常。現(xiàn)在,我們終于有一種易于控制和管理的系統(tǒng),讓我們可以研究減數(shù)分裂驅(qū)動。”

 

研究人員——包括本文第一作者、美國國立衛(wèi)生研究院博士后John Didion博士,在制備兩個近緣實驗室小鼠品系——CCDO的時候首先發(fā)現(xiàn)了R2d2。他們研究了來自數(shù)百只CC小鼠品系和數(shù)千只DO小鼠品系的基因型數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)在基因組的每個部位,8只親本小鼠中的每一只,對群體有著同等的貢獻。唯一的例外發(fā)生在小鼠2號染色體中間。

 

使用來自親本小鼠品系的全基因組序列,科學家們發(fā)現(xiàn),R2d2負責獲得所有減數(shù)分裂驅(qū)動雌性小鼠中一段基因序列的許多拷貝。刪除大部分的R2d2基因拷貝可恢復遺傳的預期模式。這提供了堅實的證據(jù)表明,R2d2基因確實是2號染色體上發(fā)現(xiàn)的異常突變的原因。

 

Pardo-Manuel de Villena說:“我們正在試圖弄清這一作用機制,它在分子水平上是如何運作的。”

本研究為人類健康相關(guān)實驗打開了一扇大門,因為染色體調(diào)控是一個基本過程。改變或修改染色體傳遞給后代的方式,可能對各種疾病具有顯著的影響。

 

在未來,科學家們可以利用減數(shù)分裂驅(qū)動,在動物實驗中傳遞特定的染色體,或者用來管理野生動物種群。如果科學家們能夠保證某些染色體被傳遞給后代,影響生育,那么這對于控制入侵物種和人類疾病傳播媒介(如小鼠、大鼠和蚊子),具有很重要的意義。

 

現(xiàn)在人們對“利用減數(shù)分裂驅(qū)動來對抗傳播疾病給動物或植物(包括人類)的昆蟲”又產(chǎn)生了新的興趣。雖然這一點還很遙遠,但是一些科學家正在嘗試利用減數(shù)分裂驅(qū)動來控制昆蟲種群,特別是蚊子,以減少病原菌攜帶媒介的豐度,例如瘧疾、登革熱病、黃熱病病毒。

 

這項研究在未來還有一些不確定性。但可以肯定的是,R2d2自私基因的發(fā)現(xiàn),是解開減數(shù)分裂驅(qū)動世紀謎團的第一步。

 

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