來自Stowers醫(yī)學(xué)研究所的研究人員與Fred Hutchinson癌癥研究中心的研究人員合作，已經(jīng)確定了一種前所未有的遺傳生存策略，這種策略在Agatha Christie謀殺神秘小說中就位于家中。

在2017年6月20日發(fā)布的eLife報(bào)告中，共同第一作者和Stowers Predoctoral Researchers Nicole Nuckolls和MaríaAngélicaBravoNúñez，研究負(fù)責(zé)人Sarah Zanders博士及其同事詳細(xì)介紹了wtf4基因在S. kambucha中的發(fā)現(xiàn)裂殖酵母既是毒藥又是解毒劑，可確保其傳播到下一代，并消除其競爭。

Wtf基因是自私基因- 寄生基因，其唯一目的是生存和傳播。具體地，wtf4基因是減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)的自私基因。它會(huì)干擾減數(shù)分裂的過程 - 細(xì)胞分裂形成的細(xì)胞分裂，稱為配子，如卵子和精子。

配子只包含每個(gè)染色體的一個(gè)拷貝。產(chǎn)生配子的細(xì)胞含有兩個(gè)拷貝：來自每個(gè)親本的一個(gè)染色體。在減數(shù)分裂期間，每個(gè)拷貝以相同的數(shù)量傳輸給配子。例如，具有X和Y染色體的雄性產(chǎn)生50%的X-攜帶和50%的Y-攜帶精子。

然而，當(dāng)減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)基因起作用時(shí)，它們可以通過破壞不攜帶它們的配子來疊加對它們有利的幾率。例如，如果雄性在其X染色體上具有殺配配子的減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)基因，則攜帶Y染色體的精子被殺死 - 消除一半精子競爭使卵子受精。矛盾的是，對于自私的基因來說，這個(gè)過程會(huì)導(dǎo)致不孕。

研究人員發(fā)現(xiàn)wtf基因毒害它們的獵物。

“自私基因使用的策略是毒害所有正在發(fā)育的配子，但隨后為自己保留解毒劑，”Stowers助理研究員Zanders說。“繼承自私基因的配子也暴露于毒藥，但它們并沒有因?yàn)樗鼈冇薪馑幎谒２⑶也粫?huì)遺傳自私基因的配子被破壞了。”

Zanders將這種機(jī)制比作一部謀殺神秘小說中的晚宴，其中包括主人在內(nèi)的每個(gè)人都被毒死，但主人有解毒劑。

研究人員在2014年eLife報(bào)道的早期研究中發(fā)現(xiàn)了多種獨(dú)立減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)因子在裂殖酵母中的作用，但不知道哪些基因是負(fù)責(zé)任的，或者它們是如何破壞未遺傳基因的配子。為了了解更多信息，Zanders和她的同事利用遺傳圖譜揭示了S. kambucha3號染色體上多個(gè)減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)基因的復(fù)雜景觀。

他們發(fā)現(xiàn)wtf基因產(chǎn)生了兩種不同的RNA信息 - 一條短信息(編碼毒藥)和一條長信息(編碼解毒劑)。他們將毒蛋白綠色和解毒蛋白標(biāo)記為紅色，并在減數(shù)分裂過程中對細(xì)胞進(jìn)行成像。

“在那些圖像中，我們可以非常清楚地看到毒藥無處不在，所以每個(gè)細(xì)胞都暴露在毒藥中，”贊德斯說。“但解毒劑僅存在于遺傳wtf基因的孢子中。”

缺乏wtf基因的配子死亡。Zanders說，他們的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)和成像研究的結(jié)合提供了充足的證據(jù)表明wtf基因同時(shí)成為毒藥和解毒劑。研究人員還發(fā)現(xiàn)，wtf4是一大群自私基因的成員，并且至少還有一個(gè)其他wtf基因也會(huì)導(dǎo)致減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)，這表明該家族由于減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)而增殖。

Zanders說，從進(jìn)化的角度來看，這些發(fā)現(xiàn)特別有趣。

“wtf基因產(chǎn)生的毒藥有可能殺死一切，包括它們自己。這是有風(fēng)險(xiǎn)的。讓第二個(gè)成分解毒，并保持解毒劑的私密性，就是他們想出如何有選擇地消除競爭的方式。”

她補(bǔ)充說，這項(xiàng)研究擴(kuò)展了我們目前對配子殺滅減數(shù)分裂驅(qū)蟲基因的性質(zhì)的理解，以及它們?nèi)绾未俪刹辉邪Y。該發(fā)現(xiàn)還可以指導(dǎo)未來在其他生物(例如作物或人類)中發(fā)現(xiàn)減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)基因。

“像wtf基因這樣的減數(shù)分裂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可能會(huì)被用來根除害蟲種群或促進(jìn)自然種群中所需特性的傳播，”Zanders說。