科学家绘制了病原真菌中的性染色体进化图

从生物学角度来说，地球上几乎每个物种都有两个异性，男性和女性。但是对于一些真菌和其他微生物，性可能会复杂得多。隐球菌属的一些成员，一种与人类疾病相关的真菌，可以有数万种不同的交配类型。

在8月11日早些时候在线发表于PLOS Biology的一项研究中，杜克大学的研究人员绘制了进化转折点，将隐球菌的致病形式从许多性别的生物体转变为只有两种生物体的生物体。他们发现，在进化过程中，称为易位的DNA的重新组合将单独的性别决定基因块整合到单个染色体上，基本上模仿人类X或Y染色体。

令人惊讶的是，他们已经证明这些重要的易位发生在着丝粒上，这种扭曲的关系将染色体固定在x形对的中心。染色体的这些区域非常致密，以至于它们曾被认为是从重组中去除的。

“着丝粒的重组不必频繁发生，它必须经常发生以至于它突破了生物体的进化，”Joseph Heitman博士说，他是高级研究作者，分子遗传学和微生物学教授兼教授。杜克大学医学院。“随着每次易位，基因组会一次又一次地被改变，直到你进化出一种全新的物种。”

一个多世纪以来，科学家一直在研究性染色体的进化。在20世纪60年代，日裔美国遗传学家和进化生物学家Susumu Ohno提出了一种理论，其中决定性的基因首先出现在分散在整个基因组中的各个点上，但随着时间的推移被“捕获”在性染色体上。在人类中，那些染色体通过熟悉的X和Y;在鸟类中，它们被称为Z和W;在苔藓中，它们被称为U和V.

无论名称或物种如何，Heitman都认为一些普遍原则可以控制所有性染色体的进化。他和一个国际研究团队专注于人类病原体新型隐球菌及其最近的同胞物种的最后一个共同祖先，这是一种叫做隐球菌(Cryptococcusamylolentus)的非病原体。

在C. amylolentus中，染色体上两个不同位置的数十个基因控制着所谓的四极或四部分交配系统。在称为P / R的一个位置或位点，基因编码信息素和信息素受体，帮助真菌识别相容的交配类型。在称为HD的另一个基因座上，基因控制性结构和生殖孢子的发育。

研究人员对C. amylolentus的整个基因组进行了测序，绘制了所有基因的位置以及每个生物体14个染色体上的着丝粒。

他们发现基因组经历了相当多的重排，因为这两个物种至少在5000万年前共有一个共同的祖先。例如，新生隐球菌的1号染色体包含来自C. amylolentus的4种不同染色体的片段，提供了多个易位的证据，其中一些位于着丝粒内。

“这非常令人惊讶。教条一直是重组在着丝粒区域被抑制，”杜克大学医学院首席研究作者和助理研究教授孙胜博士说。

在20世纪80年代，杜克同事汤姆·皮特斯(Tom Petes)的一篇开创性论文表明，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的着丝粒可能会发生重组，但有些人将这一发现归结为偏爱的模型生物体的怪癖，其微小的点着丝粒。但从那以后，其他研究已经出现，表明这种现象的传播范围更广。

在这项研究中，研究人员表明，在祖先的隐孢子虫中，P / R基因座位于10号染色体上，而HD基因座位于11号染色体上。但在新生隐球菌这一进化状态中，这些基因座最终位于一个地方。根据他们的模型，多个易位将两个性决定因子沉积在同一染色体上，其间有一个着丝粒。随后的重新安排使P / R和HD彼此相邻。结果是一个具有双极交配系统的生物体，很像体现大多数物种的雄性和雌性。

“在这样的任何一种模式中，你都在考虑最后一个共同祖先的组织可能是什么，现在已经灭绝，所以你无法明确地知道，”海特曼说。“但是在这些谱系的每一个中，都会发生多个进化事件，你可以使用基因组学来扭转时间并推断出轨迹。”

Heitman说，他们的研究表明，其他研究人员应该积极寻找易位，无论是在预期位置还是在着丝粒内。这些染色体重排是人类出生缺陷和癌症的常见原因。

他和他的同事目前正在调查其他真菌家族(如Ustilago和Malassezia)的性染色体的进化是否发生了类似的易位。

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