在遺傳學(xué)領(lǐng)域，染色體“公平分配”的規則正面臨前所未有的挑戰。近日，一項發(fā)表于《PNAS》的研究揭示，果蠅睪丸中的X染色體竟能同時(shí)在雌雄兩性中“作弊”，通過(guò)雙性減數分裂驅動(dòng)打破遺傳平衡。這一發(fā)現不僅顛覆了百年來(lái)的傳統認知，還為基因組進(jìn)化與物種形成機制提供了全新視角。

自20世紀初，科學(xué)家便發(fā)現某些基因在遺傳過(guò)程中存在“自私行為”——它們通過(guò)減數分裂驅動(dòng)（meiotic drive）優(yōu)先傳遞給后代。然而，這類(lèi)現象長(cháng)期被認為僅存在于單一性別：雄性中，自私基因通過(guò)消滅競爭對手（如Y染色體精子）占據優(yōu)勢；雌性中，則利用減數分裂的不對稱(chēng)性確保自身進(jìn)入卵子。

“過(guò)去百年間，所有已知案例都只涉及單性驅動(dòng)，”論文第一作者、UBC 的博士生 Graeme Keais 說(shuō)。“但自然界顯然比我們想象的更復雜。”

雙性驅動(dòng)的超基因“作弊手冊”

研究發(fā)現，果蠅的X染色體具備罕見(jiàn)的“雙性作弊”能力。通過(guò)基因組測序和生殖細胞分析，結果揭示這一X染色體具有超基因（supergene）結構：其DNA序列包含大量倒位、易位等結構變異，導致與正常X染色體無(wú)法重組，進(jìn)而形成獨立的遺傳單元。

圖片信息：成像顯示，與正常X染色體（白色箭頭）相比，“作弊”的X染色體的異色臂（紅色箭頭）增大。

l 雄性戰場(chǎng)：攜帶該X染色體的雄性果蠅在精子形成過(guò)程中，通過(guò)未知分子機制清除攜帶Y染色體的精子，使約70%的后代繼承X染色體。

l 雌性策略：在卵子形成時(shí)，該X染色體優(yōu)先被包裹進(jìn)卵細胞，顯著(zhù)提升遺傳成功率。

更令人驚訝的是，這一X染色體的體積達到普通X的兩倍，其中堆積了大量物種特異性重復DNA片段。研究人員推測，這些重復序列可能通過(guò)物理占據染色體關(guān)鍵區域或調控基因表達，幫助其實(shí)現“作弊”功能。

改寫(xiě)遺傳沖突與進(jìn)化規則

圖片信息：研究確定了第一個(gè)在果蠅睪丸中兩性作弊的已知染色體。

這項研究首次證實(shí)同一遺傳元素可在兩性中獨立操控減數分裂，打破了“單性驅動(dòng)”的傳統框架。論文通訊作者、維多利亞大學(xué)Steve Perlman博士指出：“這種跨性別的操控能力，揭示了自私基因在進(jìn)化中的策略遠比我們想象的靈活。”

“這項研究如同一把鑰匙，打開(kāi)了基因組中未被探索的‘沖突區’，”未參與研究的哈佛大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家Dr. Sarah Otto評論道，“它提示我們，重組抑制區域可能是自私基因與宿主基因組長(cháng)期博弈的主戰場(chǎng)。”

自私基因的“軍備競賽”如何塑造生命

研究團隊計劃進(jìn)一步解析該X染色體中重復序列的功能，并探索其他物種是否存在類(lèi)似的雙性驅動(dòng)系統。

與此同時(shí)，倫理學(xué)家已開(kāi)始關(guān)注此類(lèi)發(fā)現可能引發(fā)的技術(shù)爭議——若人工設計基因驅動(dòng)，是否會(huì )導致不可預測的生態(tài)后果？“自私基因的戰爭貫穿了整個(gè)生命史，”Perlman總結道，“而我們才剛剛讀懂它們的戰術(shù)手冊。”

雜志：Proceedings of the National Academy of Sciences

DOI：10.1073/pnas.2421185122