苍蝇的微小睾丸对基因如何产生的新见解

编辑:薄荷绿℡ 2019-08-17 22:47:26

在男女之战中,男性似乎具有创新优势 - 至少从遗传的角度来看。科学家发现睾丸不仅仅是精子的工厂;这些器官也成为新基因出现的热点,新基因是物种进化的原料。

利用果蝇,洛克菲勒团队获得了关于大自然在精子发育过程中如何发挥创新作用的关键见解。在8月16日eLife中描述的研究中,他们将单突细胞水平的突变存在于DNA中,以及由这些变化引起的新基因的活性。

我们的工作为一个让生物能够适应和发展的过程提供了前所未有的视角,最终有助于地球生命的多样性, 负责这项研究的助理教授李钊说。

高赌注

近年来,从苍蝇到人类的动物研究已经发现了许多起源于睾丸的年轻基因。这些和其他发现表明,睾丸是遗传创新中体内生产力最高的部位 - 男性或女性。

然而,遗传新奇的大规模生产带来了重大风险。例如,在人类中,父亲的精子在正常发育过程中获得的新突变比母亲的卵子多两到三倍,使得精子充满了遗传错误。在某些情况下,这样的错误可能会伤害他的后代,甚至完全破坏父亲的前景。

换句话说,男性将失去在进化游戏中重要的一件事:将他的基因库传播到下一代的机会。

但无论对于个体雄性及其后代而言,无论潜在的下行遗传实验如何,繁殖的动力都会鼓励它。潜在的父亲面临着吸引女性和抵挡竞争对手的巨大压力。例如,任何优势,例如更明亮的羽毛或更强壮的精子,都可以产生重大影响。

在分子水平上,这种压力驱动睾丸内的大量新基因。科学家们认为,如果这些新移民有助于男性养育健康后代的能力,他们会迅速获得基因组中的固定位置,甚至可能继续在身体的其他地方做出贡献。

逐个单元地搜索

然而,仔细观察,图片变得模糊。科学家尚未了解基因创新在精子发育的前体细胞中发生的动态。

为了了解更多信息,赵和她实验室的研究人员用飞睾标记了单个细胞,然后鉴定并解码了每个包含的RNA序列。这种方法使他们能够看到特定基因的活动在整个发育阶段是如何变化的。在从干细胞和五种中间细胞类型中分离的RNA序列中,研究人员从两个角度研究创新:突变和基因。

他们发现,被称为替换的突变,其中一个DNA的代码被换成另一个,在精子发育的早期最丰富,然后减少。根据赵说,精子细胞的DNA修复机制遵循类似的模式 - 它在早期最活跃,然后逐渐减少 - 这是有道理的,因为机器负责修复这些错误。

从头开始

在RNA序列中,赵的团队寻找一种特定类型的年轻基因 - 一种从头开始而不是通过复制现有基因的基因。对赵来说,这些所谓的从头基因起源于最初不编码蛋白质的序列,是从进化角度来看最有趣的新基因。她的团队从他们之前发现的一组中发现了至少184个从头基因。

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