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解开长期存在的遗传学难题

阅读:381发布时间:2018-4-16

    zui近,一项研究确定了一个长期寻找的“杂*不活基因”,当果蝇的两个物种相互交配时,这个基因可引起后代死亡或不育。这一发现揭示了新物种形成的遗传和分子过程,并可能为癌症的发展提供线索。

    一个物种的定义是,它不能与其他物种成功地繁殖,所以,了解物种形成,就要了解这些生殖障碍的发展。当有障碍阻止它们互相繁殖时,你就将它们称为新的物种。确定这些基因,揭示杂交不育或死亡的分子基础,是了解新物种如何进化的关键,也是自达尔文以来生物学中一直存在的一个大问题。

    一个大的惊喜是,使果蝇无法杂交的基因——命名为gfzf ,是一种“细胞周期调控基因”或“细胞周期检查点基因”, 如果发现缺陷,它通常参与停止细胞分裂和复制。但在新的研究中,该基因发生突变和被抑制时,就能让两个果蝇物种的雄性杂*后代存活下来。

    gfzf基因进化的很快,这是生物学家所从杂*不活基因中所期望的。但也是一个惊喜,因为细胞周期检查点基因通常进化缓慢,因为它们在大多数生物体中是*的“保守”基因。

    gfzf可导致果蝇杂*死亡或不育,这个发现对于癌症生物学真的非常重要。癌症生物学家感兴趣的是细胞周期检查点,因为当它们出错(以及细胞增殖失控)的时候,会发展出癌症。生物学家想要了解其中的机制。这项工作表明,细胞周期监管机制中一些这样的组件,可能会迅速发生改变。

          研究人员们需要克服一些技术障碍,才能将gfzf认定为物种形成基因,并且他推测,使用类似的技术可以表明在许多其他物种中,这类过程也可能是非常重要的。

    这项新研究涉及两种亲缘关系很近的果蝇,存在于世界各地:果蝇和拟果蝇。果蝇已经存在了数百万年的时间,这项新研究,成功地解决了物种形成遗传学中一个zui的案例,即,为什么这两个物种的杂交后代是不能存活的。

    自1910年以来,遗传学家们一直在寻求果蝇致死基因,当时他们*次注意到两个物种之间的杂*后代是死的。

    在过去的十年中,科学家们发现,当两个果蝇物种交配时,有两个其他的基因,对于杂*后代的死亡或不育发挥了作用:一个拟果蝇基因,命名为Lhr(lethal hybrid rescue),和一个果蝇基因,命名为Hmr(hybrid male rescue)。如果任何一个基因缺失,雄性杂*果蝇就能存活。但有证据表明,第三个未知的基因,也是杂*死亡或不育所必需的。

    当一个物种的两个种群被隔开时——通常是地理分离,会进化出新物种,因为它们的基因组中发生了变化,不能再相互兼容,致使现在的杂交种是不正常的。

    确定杂*不活基因是非常困难的。遗传学通常涉及育种,以确定引起一个特定功能或故障的基因。但是,如果杂交种是死亡或不育的,这就不能继续研究。

    此外,遗传研究工具是为果蝇设计的——用于遗传学实验的果蝇而不是拟果蝇,早先的研究表明,拟果蝇携带有新发现的基因。zui后,在自然果蝇种群中,研究人员没有分离和鉴定出新发现的杂*不活基因的突变体。

    所以研究人员想出一个办法,通过逆转两个果蝇物种之间的杂交不兼容,并对它们的基因组进行新一代测序,来避开传统的障碍。


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