挑戰(zhàn)孟德爾和達(dá)爾文定律的基因
日期:2016-05-11 09:29:53
去年2月份,北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校(UNC)的醫(yī)學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn),一個(gè)叫做R2d2的基因——減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)(meiotic drive)2的響應(yīng)基因,打破了一百多年以來(lái)的孟德爾“分離定律”,該定律認(rèn)為,后代繼承雙親每個(gè)基因兩個(gè)拷貝其中一個(gè)的概率是相等的。
多年來(lái),科學(xué)家們有證據(jù)表明,在哺乳動(dòng)物中這一定律正在被打破,但是他們不知道具體細(xì)節(jié)?,F(xiàn)在,他們認(rèn)為一個(gè)所謂的“自私基因”—— R2d2與此有關(guān)。UNC醫(yī)學(xué)院科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的國(guó)際科學(xué)家小組,利用來(lái)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(gè)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。
科學(xué)家知道,基因驅(qū)動(dòng)可能控制蚊子數(shù)量,但是R2d2——這個(gè)顛覆孟德爾和達(dá)爾文定律的新遺傳因子,是否能控制小鼠種群呢?
最近在《Molecular Biology and Evolution》發(fā)表的一項(xiàng)研究中,UNC的這個(gè)研究小組又發(fā)現(xiàn), R2d2可在世界各地的不同小鼠種群之間迅速自身傳播,盡管會(huì)影響雌性的生育力。本研究是為數(shù)不多的證明“一個(gè)‘自私’等位基因可在種群內(nèi)達(dá)到遺傳固定,同時(shí)削弱該物種的生殖適合度”的研究之一。
本文共同第一作者、北卡羅來(lái)州立大學(xué)教堂山分校的Andrew Morgan指出:“最引人注目的是,R2d2似乎違反了達(dá)爾文的自然選擇的基本原則,即等位基因有利于生物體的生殖適合度——其生存和繁殖的能力,應(yīng)該頻率升高,而有害的等位基因應(yīng)該變得罕見。我們認(rèn)為R2d2以有益等位基因的方式傳播,但實(shí)際上是相反的。”
孟德爾第一定律認(rèn)為,基因或染色體一半被傳遞給后代,使后代具有遺傳多樣性。然而,R2d2可通過顛覆減數(shù)分裂而欺騙自然選擇,在超過一半的時(shí)間,通過一個(gè)被稱為減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)的過程,將其副本分離。
Morgan解釋道:“有了減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng),等位基因可以提高自己的傳播速率,所以R2d2可促進(jìn)其到后代的傳播,以犧牲其他等位基因?yàn)榇鷥r(jià)。我們的問題是,R2d2上的驅(qū)動(dòng)等位基因是否可以在不同的小鼠種群中固定。”
該研究小組在實(shí)驗(yàn)室小鼠和來(lái)自15個(gè)國(guó)家的小鼠種群中,研究了R2d2的遺傳模式。在實(shí)驗(yàn)室小鼠中,同胎生仔數(shù)下降了20%,這是減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。同時(shí),具有R2d2的小鼠染色體的比例,也迅速增加,是實(shí)驗(yàn)室小鼠種群的三倍,在12代之間從18%降至了62%。
Morgan說:“在實(shí)驗(yàn)室里,R2d2的剔除速度是令人驚訝…即使是強(qiáng)大的自然選擇,也可能需要數(shù)百代才能產(chǎn)生等位基因頻率的明顯變化。”
該研究小組正在研究R2d2的演變以及其減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)背后的機(jī)制。Morgan說:“我們?nèi)匀缓茈y了解自然界中常見的‘自私清潔基因’。R2d2可能仍然教給我們更多關(guān)于‘進(jìn)化和染色體基本生物學(xué)’的信息”。