酵母交配，并不像表面看起来那么简单

信息素介导异配酵母的不对称交配行为

　　

 

   

图片:“当酵母细胞接吻时”:两个不同交配类型的单倍体酵母细胞接近对方进行交配。

马克斯·普朗克陆地微生物研究所

马克斯-普朗克陆地微生物研究所的研究人员发现，单细胞酵母的交配行为存在一种令人惊讶的不对称性，这种不对称性仅仅来自于信息素信号的分子差异。他们发表在最新一期的《科学进展》上的研究结果，可能会为高等真核生物两性二型的进化起源提供新的解释。

与高等生物相似，酵母配子在交配过程中通过分泌和感知性信息素进行交流。然而，与高等真核生物不同的是，芽殖酵母是异配的:通过显微镜观察，两种交配类型(“性别”)的配子MATa和MATα看起来完全相同。由于雌雄配子大小的差异被认为是性选择的起点，从而推动了性行为差异的进化，酿酒酵母的交配类型被认为不仅在形态上而且在行为上是对称的。

现在，一个由马普陆生微生物研究所的维克多·苏吉克和他的前博士后同事阿尔瓦罗·班德拉斯领导的研究小组发现了一种隐藏的行为不对称性，这种不对称性仅仅来自于两种交配类型之间信息素信号的分子差异，这可能对理解高等生物性二型性的进化有广泛的影响。

酵母交配涉及a-和α-信息素触发两种不同类型MATa和MATα之间的相互作用。尽管信息素和它们各自的受体在化学上是不同的，但信息素反应途径的其余部分(真核生物信号转导的最佳研究模型之一)对于两种交配类型是相同的。因此，我们认为，在酵母和其他异配真核微生物中，a-和α-信息素及其受体之间的分子差异只是为了确保两种交配类型之间的自交不亲和性，而没有进一步的功能结果。

“事实上，我们最初的目的是确认两种交配类型的行为是相似的。然而，令我们惊讶的是，我们发现它是截然不同的，”手稿的第一作者亚历山大·安德斯说。

值得注意的是，所观察到的差异，MATa细胞表现出探索性搜索行为，而MATα细胞表现出对近端配偶的短期梯度感知和极化，类似于配子间的不对称。Alvaro Banderas说:“事实证明，配子的行为不对称并不一定是配子异配的结果，但实际上可能早于配子异配——这挑战了以前关于进化的假设，即性别选择是两性交配行为差异的唯一生成机制。”手稿的共同通讯作者。

重要的是，数学模型和计算机模拟表明，这种不对称的行为可能通过在广泛的环境中提高交配效率来提供选择性适合度优势。“行为不对称可以最大化不同条件下的交配频率，这意味着它可能是一种进化选择的涌现性，”进行数学建模的雷米·科林说。

关于性行为的起源，这些发现告诉了我们什么?“虽然需要进一步的理论分析来验证我们的假设，”Victor Sourjik强调说，“我们对模型单细胞真核生物交配的研究为我们提供了一个新的视角，这个视角可能是今天观察到的惊人的性别二型多样性进化的起点。”

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  Anders, A.; Colin, R.; Banderas, A; Sourjik, V. Asymmetric mating behavior of isogamous budding yeast. Science Advances 7, eabf8404 (2021) Published 11 Jun 2021