挑戰孟德爾和達爾文定律的基因
日期：2016-05-11 09:29:53
去年2月份，北卡羅來納大學教堂山分校（UNC）的醫學研究人員發現，一個叫做R2d2的基因——減數分裂驅動（meiotic drive）2的響應基因，打破了一百多年以來的孟德爾“分離定律”，該定律認為，后代繼承雙親每個基因兩個拷貝其中一個的概率是相等的。
多年來，科學家們有證據表明，在哺乳動物中這一定律正在被打破，但是他們不知道具體細節。現在，他們認為一個所謂的“自私基因”—— R2d2與此有關。UNC醫學院科學家帶領的國際科學家小組，利用來自于數千只基因多樣化小鼠的數據，表明雌性小鼠更多地向后代傳遞R2d2基因的一個拷貝。這一研究結果發表在最近的《PLoS Genetics》雜志，具有廣泛的影響。
科學家知道，基因驅動可能控制蚊子數量，但是R2d2——這個顛覆孟德爾和達爾文定律的新遺傳因子，是否能控制小鼠種群呢？
最近在《Molecular Biology and Evolution》發表的一項研究中，UNC的這個研究小組又發現， R2d2可在世界各地的不同小鼠種群之間迅速自身傳播，盡管會影響雌性的生育力。本研究是為數不多的證明“一個‘自私’等位基因可在種群內達到遺傳固定，同時削弱該物種的生殖適合度”的研究之一。
本文共同第一作者、北卡羅來州立大學教堂山分校的Andrew Morgan指出：“最引人注目的是，R2d2似乎違反了達爾文的自然選擇的基本原則，即等位基因有利于生物體的生殖適合度——其生存和繁殖的能力，應該頻率升高，而有害的等位基因應該變得罕見。我們認為R2d2以有益等位基因的方式傳播，但實際上是相反的。”
孟德爾第一定律認為，基因或染色體一半被傳遞給后代，使后代具有遺傳多樣性。然而，R2d2可通過顛覆減數分裂而欺騙自然選擇，在超過一半的時間，通過一個被稱為減數分裂驅動的過程，將其副本分離。
Morgan解釋道：“有了減數分裂驅動，等位基因可以提高自己的傳播速率，所以R2d2可促進其到后代的傳播，以犧牲其他等位基因為代價。我們的問題是，R2d2上的驅動等位基因是否可以在不同的小鼠種群中固定。”
該研究小組在實驗室小鼠和來自15個國家的小鼠種群中，研究了R2d2的遺傳模式。在實驗室小鼠中，同胎生仔數下降了20%，這是減數分裂驅動的結果。同時，具有R2d2的小鼠染色體的比例，也迅速增加，是實驗室小鼠種群的三倍，在12代之間從18%降至了62%。
Morgan說：“在實驗室里，R2d2的剔除速度是令人驚訝…即使是強大的自然選擇，也可能需要數百代才能產生等位基因頻率的明顯變化。”
該研究小組正在研究R2d2的演變以及其減數分裂驅動背后的機制。Morgan說：“我們仍然很難了解自然界中常見的‘自私清潔基因’。R2d2可能仍然教給我們更多關于‘進化和染色體基本生物學’的信息”。
