Nature子刊：自私的精子如何劫持检查点并杀死竞争对手

　　

一项由犹他大学主导的新研究解开了困扰进化界数十年的谜团：“自私的染色体”如何绕过遗传规则。研究人员发现，这些流氓染色体劫持Overdrive（Ovd）基因以破坏竞争对手的精子。

这项研究首次发现，Ovd基因在精子发育过程中充当质量控制检查点。正常情况下，Ovd基因会检测并清除异常精子细胞。但一些自私的染色体却利用这一机制来杀死竞争对手，从而提高自身遗传给下一代的几率。

研究结果揭示了分离扭曲背后的生物学机制，这种现象是指基因通过操纵遗传过程以利于自身，从而打破孟德尔遗传学预测的50/50概率。

研究团队在两种果蝇中观察到这种现象，这两种果蝇分别携带完全不同的自私染色体，这表明多个遗传系统可能独立进化，以利用相同的Ovd通路。这项研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。

第一作者、犹他大学的Jackson Ridges称：“这是首次证明同一个基因对多个独立的自私染色体消除配子至关重要。这表明，进化上相距甚远的自私染色体可能会趋同于共同的细胞过程。”

科学家们早在1920年代研究果蝇时首次发现了分离扭曲现象。此后，从线虫到哺乳动物，整个动物界都发现了这种现象，但其潜在机制仍然未知。

尽管人类缺乏完全对应的遗传机制，但也可能存在类似的质量控制过程，只是机制不同。这些发现或许能为男性不育症以及物种间生殖隔离的演化提供新见解。

通讯作者、犹他大学副教授Nitin Phadnis表示：“自私基因如何导致不育，一直是物种形成领域的一个长期谜团。通过深入了解Ovd基因的作用机制，我们无意中开辟了全新的研究方向，有助于探究细胞质量控制系统的机制。”

首先，研究人员着手研究Ovd基因对精子生成是否至关重要。Phadnis实验室的博士生Jackson Ridges主导了相关实验。

他们敲除了拟暗果蝇（D. pseudoobscura）和黑腹果蝇（D. melanogaster）的Ovd基因，对两种完全独立的自私染色体进行测试。

出乎意料的是，他们观察到雄性生育能力没有差异，这表明该基因对于这两个物种的精子生成都不是必需的。

研究人员联想到了P53基因在癌症中的作用。P53作为一种保护机制，能阻止细胞增殖失控。除非基因组完整性出现问题，否则缺乏P53的果蝇也能正常生存。

“或许Ovd的唯一作用就是识别损伤并清除这些细胞。但如果没有损伤，即使没有它，一切仍然正常，” Ridges谈道。“这样我们才能将所有这些看似违背直觉的发现联系起来。”

为了验证他们的理论，研究人员利用了一种温度阈值，果蝇超过这个阈值就无法繁殖。当温度高于31℃时，所有雄性果蝇都会失去生育能力，但此前无人知晓原因。

将正常果蝇和缺乏Ovd基因的果蝇置于高温细菌培养箱中培养一周后，正常果蝇群体不育，而缺乏Ovd的雄性果蝇则能成功繁育后代。Ovd在高温下抑制精子形成，以防止产生不健康的精子。

“这成了最后一根稻草——Ovd基因的正常功能是阻止不良配子。当你去除这个因子时，自私的行为便不复存在，” Phadnis说。“这并不意味着Ovd基因本身就是自私基因——它只是被劫持了。”

研究团队下一步打算在不同的果蝇物种中敲除Ovd基因，以评估不同物种中还有多少自私染色体通过劫持Overdrive检查点发挥作用。他们还在研究人类谱系中是否存在分离扭曲现象。