不同的重組率可以控制高度自私的基因

小村落魚可以是其后代的父親和母親 - 這一特征有助于研究人員了解為什么基因在一性中更容易經(jīng)歷重組。無(wú)論是在植物還是動(dòng)物中 - 在從一代到下一代的過(guò)渡期間，基因在被傳遞到卵子和精子細(xì)胞之前被重新洗凈，這一過(guò)程被稱為重組。然而，具有不同性染色體的親本生殖細(xì)胞中的基因，在大多數(shù)情況下是雄性，通常在較小程度上重組或根本不重組。普倫馬克斯普朗克進(jìn)化生物學(xué)研究所，基爾海洋研究中心Helmholtz，基爾大學(xué)和巴拿馬史密森尼熱帶研究所的研究人員已經(jīng)確定了這一顯著現(xiàn)象的可能原因。為此，他們分析了一種不尋常的模式生物的重組率：黑加勒比海魚，Hypoplectrus nigricans，原產(chǎn)于加勒比地區(qū)。

在精子和卵細(xì)胞形成期間，染色體被剪斷并重新組裝。這允許創(chuàng)造新的遺傳變異 - 進(jìn)化的重要驅(qū)動(dòng)力。然而，生殖細(xì)胞的基因藍(lán)圖混合的程度取決于性別。通常，具有相同性染色體(XX)的親本的生殖細(xì)胞比具有不同性染色體(XY)的親本的生殖細(xì)胞更強(qiáng)烈地重組- 這種現(xiàn)象被稱為Haldane-Huxley規(guī)則，其在兩種植物中被廣泛觀察到。和動(dòng)物。

科學(xué)家們長(zhǎng)期以來(lái)一直在尋找這種現(xiàn)象的原因。黑色小村莊與其不同尋常的同時(shí)雌雄同體交配系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)揭開了這個(gè)神秘面紗。與許多其他魚類不同，Hypoplectrus nigricans在巴拿馬海岸的日常交配展示期間不受觀察者的干擾。這使得潛水員能夠觀察其奇特的繁殖形式：雌雄同體的魚不僅可以產(chǎn)卵，還可以使其他人的卵受精。因此，與伴侶魚一起，它可以交替地成為其后代的父親或母親。

卵細(xì)胞比精子細(xì)胞更強(qiáng)烈地重組

科學(xué)家現(xiàn)在詳細(xì)檢查了一對(duì)小村莊的后代，包括對(duì)魚類幼蟲DNA的分析。因?yàn)樗麄円仓莱赡牯~的遺傳組成，研究人員能夠確定每個(gè)父母貢獻(xiàn)的基因組的哪些部分以及重組哪些DNA片段。“我們的分析表明，盡管魚類作為雌雄同體產(chǎn)生精子和卵細(xì)胞，但它們的基因在卵細(xì)胞形成中比在精子形成中更重組，”馬克斯普朗克進(jìn)化生物學(xué)研究所的Loukas Theodosiou解釋道。在普倫的進(jìn)化生物學(xué)。

女性減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)理論

通過(guò)進(jìn)行詳細(xì)的DNA分析，研究人員確定了一種與解釋Haldane-Huxley規(guī)則的特定理論一致的模式。“由于一個(gè)小村莊產(chǎn)生卵子和精子細(xì)胞，我們現(xiàn)在可以排除觀察到的重組率差異的其他原因，”Theodosiou說(shuō)。根據(jù)雌性減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)理論，不同的重組率是雄性和雌性生殖細(xì)胞形成差異的結(jié)果。

例如，在哺乳動(dòng)物中，遺傳物質(zhì)從雄性前體生殖細(xì)胞分布到四個(gè)生殖細(xì)胞。然而，在雌性中，其中三個(gè)細(xì)胞隨后滅亡，只留下一個(gè)攜帶遺傳密碼的卵細(xì)胞。因此，在生殖細(xì)胞的形成過(guò)程中，雌性生物的基因已經(jīng)競(jìng)爭(zhēng)在存活的卵細(xì)胞中表現(xiàn)出來(lái)。

一些基因或染色體片段特別擅長(zhǎng)確保卵細(xì)胞中的位置，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果：染色體競(jìng)爭(zhēng)會(huì)導(dǎo)致分離錯(cuò)誤，導(dǎo)致染色體丟失和配子不育。此外，有害等位基因可以在染色體的驅(qū)動(dòng)區(qū)域中累積，這些區(qū)域往往是異常低重組的區(qū)域。

因此，可能出現(xiàn)在卵細(xì)胞形成期間頻繁切割，交換和重新插入基因區(qū)段以防止基因區(qū)域或染色體獲得優(yōu)勢(shì)。在這種情況下，預(yù)期染色體上的特定重組模式。“我們?cè)诤谏〈迩f中發(fā)現(xiàn)了這種模式。因此，我們的研究結(jié)果與女性減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)可以解釋重組率中性別特異性差異的假設(shè)一致，”Theodosiou說(shuō)。

科學(xué)家現(xiàn)在想要研究重組在不同物種的雜交育種中的作用。在巴拿馬海岸潛水期間，研究人員發(fā)現(xiàn)了多彩的熱帶魚的多種變種。“哈姆雷特正處于物種形成過(guò)程的中間，目前正在形成新的變種。通過(guò)分析這些變異體的DNA及其交叉的后代，我們可以觀察到進(jìn)化中的進(jìn)化。”

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