挑战孟德尔和达尔文定律的基因

上海信裕

2016/05/13 16:24

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去年2月份，北卡罗来纳大学教堂山分校（UNC）的医学研究人员发现，一个叫做R2d2的基因——减数分裂驱动（meiotic drive）2的响应基因，打破了一百多年以来的孟德尔“分离定律”，该定律认为，后代继承双亲每个基因两个拷贝其中一个的概率是相等的。

多年来，科学家们有证据表明，在哺乳动物中这一定律正在被打破，但是他们不知道具体细节。现在，他们认为一个所谓的“自私基因”—— R2d2与此有关。UNC医学院科学家带领的国际科学家小组，利用来自于数千只基因多样化小鼠的数据，表明雌性小鼠更多地向后代传递R2d2基因的一个拷贝。这一研究结果发表在最近的《PLoS Genetics》杂志，具有广泛的影响。

科学家知道，基因驱动可能控制蚊子数量，但是R2d2——这个颠覆孟德尔和达尔文定律的新遗传因子，是否能控制小鼠种群呢？

最近在《Molecular Biology and Evolution》发表的一项研究中，UNC的这个研究小组又发现， R2d2可在世界各地的不同小鼠种群之间迅速自身传播，尽管会影响雌性的生育力。本研究是为数不多的证明“一个‘自私’等位基因可在种群内达到遗传固定，同时削弱该物种的生殖适合度”的研究之一。

本文共同第一作者、北卡罗来州立大学教堂山分校的Andrew Morgan指出：“最引人注目的是，R2d2似乎违反了达尔文的自然选择的基本原则，即等位基因有利于生物体的生殖适合度——其生存和繁殖的能力，应该频率升高，而有害的等位基因应该变得罕见。我们认为R2d2以有益等位基因的方式传播，但实际上是相反的。”

孟德尔第一定律认为，基因或染色体一半被传递给后代，使后代具有遗传多样性。然而，R2d2可通过颠覆减数分裂而欺骗自然选择，在超过一半的时间，通过一个被称为减数分裂驱动的过程，将其副本分离。

Morgan解释道：“有了减数分裂驱动，等位基因可以提高自己的传播速率，所以R2d2可促进其到后代的传播，以牺牲其他等位基因为代价。我们的问题是，R2d2上的驱动等位基因是否可以在不同的小鼠种群中固定。”

该研究小组在实验室小鼠和来自15个国家的小鼠种群中，研究了R2d2的遗传模式。在实验室小鼠中，同胎生仔数下降了20%，这是减数分裂驱动的结果。同时，具有R2d2的小鼠染色体的比例，也迅速增加，是实验室小鼠种群的三倍，在12代之间从18%降至了62%。

Morgan说：“在实验室里，R2d2的剔除速度是令人惊讶…即使是强大的自然选择，也可能需要数百代才能产生等位基因频率的明显变化。”

该研究小组正在研究R2d2的演变以及其减数分裂驱动背后的机制。Morgan说：“我们仍然很难了解自然界中常见的‘自私清洁基因’。R2d2可能仍然教给我们更多关于‘进化和染色体基本生物学’的信息”。