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自私的元素将胚胎变成战场

“牙齿和爪子上的自然红”-生存之战已打到我们基因的水平。毒素解毒元素是通过杀死非携带者而在人群中传播的基因对。现在,由IMBA的Burga实验室和加利福尼亚大学洛杉矶分校的Kruglyak实验室进行的研究表明,这些元素在自然界比最初的想法更普遍,并且已经进化出各种各样的机制来迫使其继承并在人群中传播-基因组中的寄生虫。

最初在线虫秀丽隐杆线虫模型中描述,毒素解毒剂元素由两个连锁基因组成,毒素及其解毒剂。当母亲将毒素装载到卵中时,只有继承了这种元素的胚胎才会表达解毒剂。因此,后代必须继承该元素才能生存。这样,毒素-解毒剂对可促进自身生存并在人群中传播。这是以牺牲主人的身体健康为代价的-他们四分之一的后代,即那些不遗传该元素的人,成为毒素的牺牲品。

逮捕发展

“在我们的研究之前,只有极少数的毒素-解毒剂对是已知的,并且是在不同的实验室偶然发现的。我们想知道:如果我们实际上去寻找这些自私的元素,它们会是稀有的还是常见的?” IMBA组长Alejandro Burga。在他们的研究中,Burga和Kruglyak的研究小组在第二个热带线虫Caenorhabditistropicis中寻找毒素-解毒剂对。研究人员确定了五对新颖的毒素-解毒剂。在第三种线虫C. briggsae中发现了另一个自私的元素。Burga解释说:“这表明这种自私的因素并不罕见,但在线虫中相当普遍。”出人意料的是,一些新近鉴定出的毒素-解毒剂对不破坏胚胎发育,就像在C中鉴定出的那样。线虫-而是在发展的后期杀死非携带者。Burga和他的团队从基因上剖析了一个因素,甚至还没有杀死非携带者。而是,这种自私的元素延迟了非载波中再现的开始。事实证明,这足以使元素在整个人群中传播。研究人员现在正在进一步研究其作用机理。

自私可能会支持多样性

布尔加和他的同事又做了一个惊人的观察。研究人员发现,不同的毒素-解毒剂对可以位于同源染色体上。布尔加说:“由于这种配对,我们不仅看到自私分子与个人之间的冲突,而且还看到了试图互相残杀的自私分子之间的冲突。”这是自私的基因之间的,但个人陷入了交火。“我们假设自私的元素可能在物种形成中具有直接作用。在某些时候,携带如此多的元素可能会压倒它们产生可行后代的能力,”该研究的第一作者,现任助理教授埃亚尔·本·戴维(Eyal Ben-David)补充道。在耶路撒冷希伯来大学。作为一个鲜明的例子,Burga及其同事发现,毒素解毒剂元素可通过两个菌株之间的一次杂交共同在70%以上的子代中造成缺陷。本戴维说:“这种程度的不兼容在野外可能是无法克服的。”

通过研究毒素-解毒剂对获得的知识可用于改善基因驱动系统。合成基因驱动器已经在实验室中进行了工程设计,以控制媒介传播的疾病,例如,通过传播影响蚊子繁殖力的基因。但是,基因驱动通常会因突变而受阻,因此需要更强大的系统来确保成功,布尔加说。“通过研究作为自然基因驱动系统的自私因素,我们希望我们能在不久的将来设计出更好的人工合成元件。自私因素已经在线虫中进化了数千年,并在世界范围内传播-自然确实是最好的老师。”研究的共同第一作者Pinelopi Pliota说。

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