小組研究自私基因如何導(dǎo)致開花植物的雄性不育

當(dāng)父母來自不同物種時(shí)，為什么植物經(jīng)常無菌?物種如何在自然界中保持獨(dú)立的實(shí)體?安德烈·L·凱斯博士，肯特州立大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物科學(xué)系副教授，共同撰寫了一篇文章，可以為“皇家學(xué)位論文”中的這些基本問題提供一些答案。社會(huì)B，最近在線發(fā)表。

Case和她在蒙大拿大學(xué)的合著者(Findley R. Finseth，Camille M. Barr和Lila Fishman)在他們的文章“Mimulus中細(xì)胞核雜交不相容的自私進(jìn)化”中描述了他們使用基因組數(shù)據(jù)來記錄自然選擇負(fù)責(zé)雜種雄性不育的基因，通常稱為猴子花。

生物學(xué)家可以識(shí)別不同動(dòng)物和植物物種的方法之一是表明它們在交配后不能生育活力或肥沃的后代。

“許多密切相關(guān)的物種，即最近成為單一物種的物種，已經(jīng)喪失了相互生育可育或生育后代的能力，”凱斯說。“這種情況的發(fā)生過程仍在調(diào)查中，特別重要的是要弄清楚物種之間生殖不相容性演變的遺傳機(jī)制。”

本文還討論了遺傳沖突的后果，當(dāng)一種遺傳因素降低同一基因組中其他遺傳因素的適應(yīng)性時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生遺傳沖突。植物中的雄性不育基因已被預(yù)測會(huì)導(dǎo)致雄性遺傳的線粒體基因之間的遺傳沖突，這些基因不是由雄性傳播的，而是從雄性和雌性遺傳的核基因。

“我們的結(jié)果與母體線粒體雄性不育基因在單個(gè)群體中的'自私'傳播一致，其次是對恢復(fù)男性生育能力的核抑制因子的強(qiáng)烈選擇，”Case說。“這是推動(dòng)物種內(nèi)自私基因和抑制因子進(jìn)化的一個(gè)基因組內(nèi)沖突的例子，它可能經(jīng)常成為開花植物物種間雜種不育的基礎(chǔ)。”

在他們的研究中存在沖突的特定基因是植物育種者用來創(chuàng)造新品種作物的那些基因。Case表示，像Mimulus這樣的非作物植物幾乎沒有數(shù)據(jù)顯示過去像自然選擇這樣的進(jìn)化力如何對這些基因起作用。

在論文中，研究人員解釋了兩種密切相關(guān)的植物物種之間雜交種導(dǎo)致雄性不育的基因是如何進(jìn)化的。他們表明這不是偶然的 - 涉及自然選擇 - 他們表明自然選擇是強(qiáng)大而直接的，對不相容的基因本身起作用。他們表明，自然選擇的結(jié)果是解決了自私的雄性不育基因與其共同進(jìn)化的抑制因子之間的遺傳沖突。

“我們已經(jīng)確定參與雄性不育的基因是開花植物中普遍存在的基因，因此我們研究的遺傳機(jī)制也可能無處不在，”凱斯說。“它可能是一種非常常見的機(jī)制，有助于將物種保持為自然界中的獨(dú)立實(shí)體。”

Case于2015年春季在蒙大拿大學(xué)休假期間進(jìn)行了這項(xiàng)研究和分析，隨后在2016年進(jìn)行了進(jìn)一步的分析。雖然本文中的數(shù)據(jù)顯示了單個(gè)人群中發(fā)生的情況，但未來的研究將解決獨(dú)特或典型的。他們還想知道基因組中的任何其他元素是否參與解決遺傳沖突，以及沖突對基因組其他部分的潛在影響。

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