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Science:揭秘“自私”基因(染色體)如何通過競爭進入精子/卵子!

 

圖片來自University of Pennsylvania

絕大多數的真核生物都有兩份染色體,并且進行有性繁殖。人的每個細胞含有23對染色體,就每對染色體而言,其中一條遺傳自你的父親,另一條遺傳自你的母親。理論上,當你的體細胞(二倍體)經過減數分裂產生配子(即生殖細胞)——精子或卵子時,每條染色體具有50%的機會被分配到配子(單倍體)中,50%的機會被分配到極體中,極體通常會被降解。即孟德爾分離定律的核心是,每對染色體的其中一條以相等的概率被分配到配子中。

“自私”基因與非孟德爾染色體分離

事實真是如此嗎?與人的性格迥異類似,基因也有自己的“性格”,有些基因 “軟弱”, 而有些“自私”。令人驚訝的是,“自私”基因打破了孟德爾分離定律,它們有辦法增加自己在配子中出現的概率。Akera等人提供了迄今為止最詳細的分子機制,解釋了“自私”基因如何利用卵母細胞(即卵子的前體細胞)減數分裂的不對稱性來確保其自身的遺傳,從而使其在群體中傳播。在小鼠卵子中進行的實驗揭示了不對稱性是如何被“自私”基因所利用,來增加它們被分配到卵子中的概率。

圖片來自文章Competing chromosomes explain junk DNA

“自私”基因利用不對稱的紡錘體驅動非孟德爾染色體分離

當二倍體體細胞通過減數分離生成單倍體配子時,基因之間會有競爭。通過不規則減數分裂過程,“自私”基因能增加自己進入配子中的競爭力。研究表明,在細胞分裂之前,這紡錘體將這些染色體拉到細胞的兩個相反的側:細胞的一側最終產生卵子,故而被稱作卵子側;細胞的另一側更靠近于皮質(cortex),故而被稱作為皮質側。在雌性減數分裂中,“自私”基因優先依附于紡錘體的卵子一側,這暗示了紡錘體的兩側不對稱性。皮質側的CDC42信號調節微管酪氨酸化,誘導紡錘體的不對稱性,而非孟德爾分離依賴于這種不對稱性;然而,CDC42依賴于位于皮質附近的染色體的兩級分化。通過確定這種不對稱分布的存在以及它是如何產生的,這些研究人員著手證實這種不對稱性能夠讓染色體施展欺騙手段。為此,他們著重關注著絲粒(centromere),即附著到紡錘體上的染色體區域。他們讓兩種小鼠品種進行雜交,最終獲得每個細胞中都具有兩種著絲粒類型——一種更大的著絲粒和一種更小的著絲粒——的小鼠。基于這些研究人員早期的研究,他們發現更大的著絲粒偏好地分配到配子中。

文章來源:http://science.sciencemag.org/content/358/6363/668

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