Nature发布轮虫基因组研究新成果

　　

生物通报道  有一群动物放弃了性，但却在进化过程中生成了460多种物种。本周的《自然》（Nature）杂志上发表了一篇关于蛭形轮虫（bdelloid rotifer）全基因组的研究论文，为揭示这一进化机制减少了些许神秘。

Woods Hole海洋生物学实验室（MBL）David Mark Welch说，没有采用普通的有性生殖方式来清除掉它DNA中的有害突变，数千年来这一微小的水生动物似乎采用了其他的策略来维持谱系，避免受遗传损伤所累或是因其而灭绝。

Mark Welch和他MBL的同事Irina Arkhipova，是这一国际项目的美国研究团队的领导者。在这项研究中，研究人员对轮虫基因组进行了测序和分析。

在蛭形轮虫中研究人员从未观察到过雄性及减数分裂。反而，后代是由未受精卵分裂生成。轮虫的基因组证实，其确实采用了这一对于大多数动物而言是进化死胡同的生殖策略。 “轮虫基因组的结构与预期看到的完全相符，长期以来没有减数分裂，”Mark Welch说。

在大多数动物物种中，分别来自父母的两条不同染色体的同一位点上存在着一对等位基因，在有丝分裂过程中等位基因相互配对，并分离进入到新的精细胞和卵细胞中。而在轮虫基因组中，基因拷贝并不会依照染色体配对在位置上相匹配，它们或是定位到了同一染色体上。这意味着在减数分裂过程中，等位基因无法正常配对及平均分配到新的精细胞和卵细胞中

如果轮虫没有性，那它们是如何避免累积有害突变或是生成新的多样性的呢？轮虫基因组显示的证据表明，轮虫利用其它的方法维持了健康基因和有活力的谱系。其中一个就是基因转换（gene conversion），即通过DNA修复机制或是其他策略用一个等位基因替换另外一个。另一种策略是水平基因转移（HGT），将来自一个生物体的DNA转移到另一个生物体，这一机制在微生物中常见，但在动物中却很少见到。至少有8%的轮虫基因有可能是通过HGT获得，这比任何其他的动物都多。

“一般而言，动物生殖细胞系会得到极好的保护，避免获得来自外源的DNA，”Arkhipova说。然而轮虫却不同寻常，它们可以脱水达数周或数月，当重新获得水时可以恢复生命力。在这一脱水的阶段，它们的DNA会断裂成许多的碎片。当它们补充水份时，有可能是一个机会，将来自摄入细菌、真菌或微藻的外源DNA片段转移到了轮虫的基因组中。

更为重要的是，这有可能为轮虫整合来自另一个轮虫的基因提供了机会。作者们认为，如果它需要通过基因转换来获取基因以修复损伤基因，这将是非常有用的。“突变和DNA修复过程以这种方式模拟了性的某些方面，”Mark Welch说。

另一个惊人的研究发现是，蛭形轮虫基因组中转座子的数量极低，“这些被称作为‘遗传寄生物’的DNA片段有时候能够在基因组中四处移动，引起有害突变。尽管转座子构成了大约50%的哺乳动物基因组，它们却只占轮虫基因组的3%，并且它们的扩增能力似乎非常有限。这为轮虫提供了一层大多数动物没有的保护来避免突变。在未来的研究中，我们对于剖析这一多层基因组防御系统非常地感兴趣，”Arkhipova说。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Genomic evidence for ameiotic evolution in the bdelloid rotifer Adineta vaga

Loss of sexual reproduction is considered an evolutionary dead end for metazoans, but bdelloid rotifers challenge this view as they appear to have persisted asexually for millions of years1. Neither male sex organs nor meiosis have ever been observed in these microscopic animals: oocytes are formed through mitotic divisions, with no reduction of chromosome number and no indication of chromosome pairing2. However, current evidence does not exclude that they may engage in sex on rare, cryptic occasions. Here we report the genome of a bdelloid rotifer, Adineta vaga (Davis, 1873)3, and show that its structure is incompatible with conventional meiosis. At gene scale, the genome of A. vaga is tetraploid and comprises both anciently duplicated segments and less divergent allelic regions……