eLife：wtf！基因在搞什麼鬼？

本文轉載自生物通網站

Stowers醫學研究所和Fred Hutchinson癌症研究中心的研究人員合作，鑒定了一種前所未聞的遺傳生存策略，簡直就像江湖小說。

wtf基因是自私基因，意味著該基因存在的唯一目的就是生存和傳播。具體講到wtf4，它是減數分裂驅趕（meiotic drive genes）自私基因。它干擾減數分裂（細胞分裂形式之一，生產被稱為配子的性細胞，如卵子和精子）過程。

配子只含有一半染色體（且不重複），產生配子的細胞則含有全部染色體（一般是兩個拷貝，每個親本各提供一個拷貝）。在減數分裂過程中，每份染色體拷貝都以均等的數量傳遞給配子。如男性有X和Y染色體，50%的精子攜帶X，50%的精子攜帶Y。

但是，當減數分裂驅趕基因工作時，它們破壞不攜帶它們的配子，增加攜帶它們的配子向下一代傳遞的概率。例如，男性X染色體上如果有一個減數分裂驅趕基因，攜帶Y染色體的配子就會被殺死，從而消滅了一半精子與卵子受精。自相矛盾的是，自私基因的這一做法容易導致不孕。

研究人員發現，wtf基因能毒害它們的獵物。

「wtf自私基因的策略是，先用毒藥給所有正在發育的配子下毒，隨後給自己提供解藥，」Stowers研究所助理研究員、研究帶頭人Sarah Zanders博士說。「雖然攜帶自私基因的配體也被下毒，但它們有解藥，不會被消滅。」

就像江湖小說中描寫的謀殺場景，當事人在湯菜里下毒，隨後自己吃下解藥，其他人則中毒身亡。

2014年研究人員曾在eLife上報道多個獨立基因與裂殖酵母減數分裂驅趕相關，但並不知道哪些基因真正對此負責，也不清楚它們是如何破壞其他配子。為深入了解，Zanders和她的同事們利用S. kambucha 3號染色體遺傳圖譜，揭示了多個減數分裂驅趕基因的複雜景觀。

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他們發現wtf基因產生兩個截然不同的RNA信使，一個短的（編碼毒藥）和一個長的（編碼解毒劑）。於是他們將毒藥蛋白標記為綠色，解毒劑蛋白標記為紅色，在減數分裂過程中跟蹤細胞成像變化。

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「在成像記錄中，我們清晰地看到毒藥到處都是，每個細胞都浸在其中，」Zanders說。「但是解藥只位於繼承了wtf基因的孢子內。」隨後，缺乏wtf基因的配子死亡。

Zanders說，他們的遺傳學和影像學實驗證明wtf基因能生產兩種產物，毒藥和解藥。研究人員還發現，wtf4是自私基因大家族成員之一，還存在其他wtf基因也能導致減數分裂驅趕，表明該家族成員通過該行為迅速擴散。

「從進化角度來看，這項發現特別有意思，」Zanders說。「wtf基因製造毒藥，雖然有潛力殺死所有配子，但也可能殺死自己。於是它們進化出了第二個成分，解毒劑，讓它們有選擇地消除競爭方。」

這項研究擴展了我們對配子減數分裂驅趕基因性質和它們如何導致不孕的理解。這項發現是一個開端，今後科學家們也可能在如農作物和人類等其他生物體內發現減數分裂驅趕基因。

「像wtf基因這樣的減數分裂驅趕基因可以用來消滅害蟲，或促進自然種群優良性狀的傳播。」Zanders說道。

原文標題：wtf genes are prolific dual poison-antidote meiotic drivers

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