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不同的重组率可以控制高度自私的基因

2019-01-07 09:13:29 • 来源：

小村落鱼可以是其后代的父亲和母亲 - 这一特征有助于研究人员了解为什么基因在一性中更容易经历重组。无论是在植物还是动物中 - 在从一代到下一代的过渡期间，基因在被传递到卵子和精子细胞之前被重新洗净，这一过程被称为重组。然而，具有不同性染色体的亲本生殖细胞中的基因，在大多数情况下是雄性，通常在较小程度上重组或根本不重组。普伦马克斯普朗克进化生物学研究所，基尔海洋研究中心Helmholtz，基尔大学和巴拿马史密森尼热带研究所的研究人员已经确定了这一显着现象的可能原因。为此，他们分析了一种不寻常的模式生物的重组率：黑加勒比海鱼，Hypoplectrus nigricans，原产于加勒比地区。

不同的重组率可以控制高度自私的基因

在精子和卵细胞形成期间，染色体被剪断并重新组装。这允许创造新的遗传变异 - 进化的重要驱动力。然而，生殖细胞的基因蓝图混合的程度取决于性别。通常，具有相同性染色体(XX)的亲本的生殖细胞比具有不同性染色体(XY)的亲本的生殖细胞更强烈地重组- 这种现象被称为Haldane-Huxley规则，其在两种植物中被广泛观察到。和动物。

科学家们长期以来一直在寻找这种现象的原因。黑色小村庄与其不同寻常的同时雌雄同体交配系统现在已经揭开了这个神秘面纱。与许多其他鱼类不同，Hypoplectrus nigricans在巴拿马海岸的日常交配展示期间不受观察者的干扰。这使得潜水员能够观察其奇特的繁殖形式：雌雄同体的鱼不仅可以产卵，还可以使其他人的卵受精。因此，与伴侣鱼一起，它可以交替地成为其后代的父亲或母亲。

卵细胞比精子细胞更强烈地重组

科学家现在详细检查了一对小村庄的后代，包括对鱼类幼虫DNA的分析。因为他们也知道成年鱼的遗传组成，研究人员能够确定每个父母贡献的基因组的哪些部分以及重组哪些DNA片段。“我们的分析表明，尽管鱼类作为雌雄同体产生精子和卵细胞，但它们的基因在卵细胞形成中比在精子形成中更重组，”马克斯普朗克进化生物学研究所的Loukas Theodosiou解释道。在普伦的进化生物学。

女性减数分裂驱动理论

通过进行详细的DNA分析，研究人员确定了一种与解释Haldane-Huxley规则的特定理论一致的模式。“由于一个小村庄产生卵子和精子细胞，我们现在可以排除观察到的重组率差异的其他原因，”Theodosiou说。根据雌性减数分裂驱动理论，不同的重组率是雄性和雌性生殖细胞形成差异的结果。

例如，在哺乳动物中，遗传物质从雄性前体生殖细胞分布到四个生殖细胞。然而，在雌性中，其中三个细胞随后灭亡，只留下一个携带遗传密码的卵细胞。因此，在生殖细胞的形成过程中，雌性生物的基因已经竞争在存活的卵细胞中表现出来。

一些基因或染色体片段特别擅长确保卵细胞中的位置，有时会产生严重后果：染色体竞争会导致分离错误，导致染色体丢失和配子不育。此外，有害等位基因可以在染色体的驱动区域中累积，这些区域往往是异常低重组的区域。

因此，可能出现在卵细胞形成期间频繁切割，交换和重新插入基因区段以防止基因区域或染色体获得优势。在这种情况下，预期染色体上的特定重组模式。“我们在黑色小村庄中发现了这种模式。因此，我们的研究结果与女性减数分裂驱动可以解释重组率中性别特异性差异的假设一致，”Theodosiou说。

科学家现在想要研究重组在不同物种的杂交育种中的作用。在巴拿马海岸潜水期间，研究人员发现了多彩的热带鱼的多种变种。“哈姆雷特正处于物种形成过程的中间，目前正在形成新的变种。通过分析这些变异体的DNA及其交叉的后代，我们可以观察到进化中的进化。”

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