Science:揭秘“自私”基因(染色体)如何通过竞争进入精子/卵子!

 

图片来自University of Pennsylvania

绝大多数的真核生物都有两份染色体,并且进行有性繁殖。人的每个细胞含有23对染色体,就每对染色体而言,其中一条遗传自你的父亲,另一条遗传自你的母亲。理论上,当你的体细胞(二倍体)经过减数分裂产生配子(即生殖细胞)——精子或卵子时,每条染色体具有50%的机会被分配到配子(单倍体)中,50%的机会被分配到极体中,极体通常会被降解。即孟德尔分离定律的核心是,每对染色体的其中一条以相等的概率被分配到配子中。

“自私”基因与非孟德尔染色体分离

事实真是如此吗?与人的性格迥异类似,基因也有自己的“性格”,有些基因 “软弱”, 而有些“自私”。令人惊讶的是,“自私”基因打破了孟德尔分离定律,它们有办法增加自己在配子中出现的概率。Akera等人提供了迄今为止最详细的分子机制,解释了“自私”基因如何利用卵母细胞(即卵子的前体细胞)减数分裂的不对称性来确保其自身的遗传,从而使其在群体中传播。在小鼠卵子中进行的实验揭示了不对称性是如何被“自私”基因所利用,来增加它们被分配到卵子中的概率。

图片来自文章Competing chromosomes explain junk DNA

“自私”基因利用不对称的纺锤体驱动非孟德尔染色体分离

当二倍体体细胞通过减数分离生成单倍体配子时,基因之间会有竞争。通过不规则减数分裂过程,“自私”基因能增加自己进入配子中的竞争力。研究表明,在细胞分裂之前,这纺锤体将这些染色体拉到细胞的两个相反的侧:细胞的一侧最终产生卵子,故而被称作卵子侧;细胞的另一侧更靠近于皮质(cortex),故而被称作为皮质侧。在雌性减数分裂中,“自私”基因优先依附于纺锤体的卵子一侧,这暗示了纺锤体的两侧不对称性。皮质侧的CDC42信号调节微管酪氨酸化,诱导纺锤体的不对称性,而非孟德尔分离依赖于这种不对称性;然而,CDC42依赖于位于皮质附近的染色体的两级分化。通过确定这种不对称分布的存在以及它是如何产生的,这些研究人员着手证实这种不对称性能够让染色体施展欺骗手段。为此,他们着重关注着丝粒(centromere),即附着到纺锤体上的染色体区域。他们让两种小鼠品种进行杂交,最终获得每个细胞中都具有两种着丝粒类型——一种更大的着丝粒和一种更小的着丝粒——的小鼠。基于这些研究人员早期的研究,他们发现更大的着丝粒偏好地分配到配子中。

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