为了繁衍后代,线虫扔了7000多个基因

【字体: 时间:2018年01月06日 来源:生物通

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  Science报道:“单身”线虫比其他线虫少7000多个基因,科学家们想知道这些基因原本用来干什么?

  

大多数动物繁殖是两个个体之间的事,某些线虫不一样,它能自己解决。

大约一百万年期,一种名叫线虫(Caenorhabditis briggsae,C. briggsae)的小虫子通过进化实现了自交繁殖(大多数都是雌雄同体的)。马里兰大学生物学教授Eric Haag致力于“性”进化研究,线虫的生殖行为是Haag课题组的长期焦点。

(线虫交配视频截图)

今天(1月5日)他们在《Science》发表文章,揭露了一个残酷的现实:某些被需要了数千万年的“必须基因”,可在转瞬之间变成“废物”或“负担”。

本文的共同通讯作者是来自康奈尔大学分子生物学和遗传学助理研究教授Erich Schwarz博士,他们对C. briggsae的近亲,另一种线虫Caenorhabditis nigoni(C. nigoni)进行基因组测序。

C. nigoni不爱自体繁殖,总喜欢和其他个体交配繁殖(或称远交,outcrossing)。

通过比较两个品种的基因组,研究人员发现喜欢自交的C. briggsae比C. nigoni少7000个基因!数目相当于整个基因组基因数量的25%!

根据基因组越大,生命体越复杂理论(基因组大小同物种进化程度之间存在一定的正相关性),C. briggsae怎么越进化越“退步”呢?

由于两种线虫在繁殖方式上明显不同,研究人员推测,是不是自交导致的基因缺失。

他们分别比较了C. briggsae与雄性C. nigoni和雌性C. nigoni的基因活跃度,发现C. briggsae丢失的基因中,大约3/4基因在雄性C. nigoni中更加活跃。

于是,研究人员把目标缩小到了线虫的雄性功能。通过进一步筛查,研究人员锁定了一组C. nigoni有,但C. briggsae没有的“雄性分泌的短(male secreted short,mss)”基因家族成员。事实上,没有任何已知的自交秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis)品种携带mss家族基因,而且只有其他雄性线虫有这些基因。

采用CRISPR基因编辑工具,研究人员剔除了远交线虫(Caenorhabditis remanei,C. remanei)的4个mss基因,导致缺失型C. remanei生产的精子根本竞争不过野生型C. remanei。免费索取赛业生物CRISPR-Pro基因编辑技术手册

反过来,研究人员给雄性C. briggsae插入mss基因后,转基因C. briggsae的精子竞争力高于它们的雌雄同体野生型兄弟。

研究人员还发现mss基因编码的短蛋白位于精子细胞表面。综合表明,mss基因使雄性精子更有竞争优势

“自交物种扔掉mss基因的原因是它们不再需要了,”Haag说。“证明物种进化不仅包括基因/功能扩充,还包括‘精简’。”

事实上,mss对自交繁殖不仅无用,而且有害。Haag解释,在实验过程中,我们发现插入mss基因使雄性精子更有竞争力,会导致物种性别比例朝不均衡的方向发展,太多雄性不利种群增长,对物种构成生存威胁

展望未来,Haag和他的同事们打算研究mss基因如何帮助精子获得竞争优势,他们还想研究其他7000个被C. briggsae抛弃的基因分别起什么作用。

原文检索:
Rapid genome shrinkage in a self-fertile nematode reveals sperm competition proteins

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