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研究表明,性染色体在物种间进化为基因不相容的速度比其他基因染色体要快。研究还揭示了造成这种不和谐的因素。
 
大多数进化生物学家根据繁殖能力来区分不同物种:不同物种的成员要么不愿意或者不能与其他物种交配,或者,如果他们这样做了,产生的后代通常是不育的,不能存活的,或者遭受其他种类的适应性下降。
 
在20世纪的大部分时间里,科学家们认为,这种生殖上的不相容是作为适应不同生态环境的副产品,在物种之间逐渐进化而来的:如果两个物种在地理上是孤立的,它们会根据各自的环境来适应差异。
 
然而,新的研究表明,还有更多的因素在起作用——特别是自私基因的存在,这些基因被称为减数分裂驱动元素,它们在物种间的流动可能决定两个物种是趋同还是分化。
 
基因流
 
当一个物种的两个成员交配并交换遗传物质时,沐鸣测速网址这被称为基因流。然而,当两个不同物种的成员交配时,基因流动就会减少。
 
罗切斯特大学的生物学教授Daven Presgraves说:“一个物种的基因无法与另一个物种的基因交流。”虽然这些基因在它们自己的遗传背景下可能工作得很好,但当它们被移到另一个物种的遗传背景下时,它们会产生负面影响。
 
“物种——即使是那些地理上隔离的物种——比我们想象的要多。”
 
“你我体内的所有基因都在人类基因组中工作。但是,如果我们从你身上取出一个基因,把它放在一只金刚鹦鹉身上,他们以前没有见过这个序列,它可能不会与其他基因一起工作。这会损害生育能力等功能。”
 
研究人员将两种不同种类的果蝇进行杂交,一种来自马达加斯加,另一种来自毛里求斯。当这两个物种杂交时,它们的雌性杂交后代是可育的,而雄性杂交后代是完全不育的。
 
“在完全的生殖隔离的过程中,其中的一个步骤是XY性别首先在逐渐形成的不相容中变得不育,”Presgraves说。像人类一样,果蝇的XY性别是雄性。
 
染色体分为两类:异形体,或称性染色体;常染色体,或称体染色体。与生物体性别相关的遗传特征通过性染色体传递。其余的遗传信息通过常染色体传递。当研究人员绘制导致杂交雄性不育的因素图谱时,他们发现X型异体染色体上的不亲和性因素比常染色体上的多。Presgraves说,这意味着性染色体在物种间的功能差异比非性染色体要快得多。“常染色体之间的交流要比x染色体上多得多。”
 
获得“自私”
 
是什么让性染色体比基因组的其他部分更快地积累遗传不亲和性?
 
研究人员发现,一种被称为减数分裂驱动元件的“自私基因”使性染色体以更快的速度发生基因不相容。一般来说,自私的基因是基因组中的寄生虫——它们以其他基因为代价进行自我繁殖。减数分裂的驱动因素尤其破坏了典型遗传的规则:在正常的孟德尔遗传中,一个基因被传给一半的后代。
然而,减数分裂的驱动因素操纵着繁殖,使它们能够将自己传播到比它们在基因组中所占份额更大的地方。在杂交雄性果蝇中,减数分裂驱动元件通常会杀死任何不携带它们的精子,只留下(或大部分)携带减数分裂驱动元件的精子。
 
“这可能是因为来自亲本物种的多种减数分裂驱动元素在杂种中未被抑制,它们的共同作用导致不育,”前Presgraves实验室博士后Colin Meiklejohn说。
 
然而,研究人员还发现,如果减数分裂的驱动元素能够经历基因流动,它们也可以帮助物种聚集在一起。在早期的物种形成过程中,当两个不同的物种刚刚开始相互分离时,生殖不相容可能是不完全的和“有漏洞的”——基因组的某些部分可能仍然是相容的和可交换的。
 
Presgraves说:“如果两个种群是有漏洞的,沐鸣登陆网速并且有基因流动的机会,一个自私的基因就会泄漏到另一个种群并在那里传播。”如果物种杂交,这个自私的基因能够遗传下去,而不是变得不相容,“那部分基因组将变得完全可交换。”在某些情况下,一个自私的基因基本上会消除一部分基因组不相容的累积。”
 
换句话说,减数分裂的驱动元素如果没有经历基因流动,就会导致物种之间的不相容,或者如果物种确实经历了基因流动,就会导致物种之间的趋同。Presgraves说,决定一个物种是否兼容的一个主要因素取决于该物种之间是否存在基因流动。