科学小论文(新论文揭示杂种功能障碍遗传起源)

作者丨鲁亦在墨西哥伊达尔戈两个瀑布之间的一个小池塘里,生活着一群杂交鱼。他们是高地剑尾和羊头剑尾杂交的后代。美国斯坦福大学生物学助理教授Molly Schumer's实验室多年…

作者丨鲁亦

在墨西哥伊达尔戈两个瀑布之间的一个小池塘里,生活着一群杂交鱼。他们是高地剑尾和羊头剑尾杂交的后代。

美国斯坦福大学生物学助理教授Molly Schumer's实验室多年来一直收集这些鱼来研究杂交鱼的进化。

“我们刚刚意识到杂交会影响生命之树的所有物种,包括我们自己。我们很多人都带有尼安德特人和杰尼索夫人的基因。”舒默说,“了解不同物种之间杂交和基因迁移的积极和消极影响,对于了解人类基因组和我们与之相互作用的其他物种的基因组非常重要。”

在2020年5月15日于 《科学》 发表的一篇新论文中,研究人员发现了两种导致黑色素瘤的基因,黑色素瘤通常发生在雄性高地羊头杂交鱼的尾巴附近。

这是第二次发现脊椎动物的特定基因会导致混合功能障碍。(再比如欧洲长期杂交鼠。)

从小黑点到大肿瘤:《科学》新论文揭示杂种功能障碍遗传起源

众所周知,两个不同物种的后代往往有遗传缺陷。

比如骡子是驴和马的混血儿,而且不生育。

但具有讽刺意味的是,为了找到导致这种功能障碍的基因,研究人员需要足够健康的杂交后代,以便在初次杂交后繁殖几代。

否则,来自亲本物种的基因组片段太大,几乎不可能追踪任何一个基因的影响。

这就是为什么高地羊头杂交鱼是一个特殊的案例研究。

它们已经杂交了大约45代,产生了包含更小亲本DNA片段的基因组,这更容易在单个基因水平上检测到。

“自20世纪40年代以来,我们就知道这两个物种的基因并不完全兼容。然而,我们不知道有多少基因会导致这些负面问题。我们的实验室已经明确定义了自然杂交物种,我们已经为亲本物种开发了基因组资源。这些鱼是解决这个问题的独特系统。”该论文的主要作者Daniel Powell说。

为了追踪黑色素瘤的基因,研究人员首先将注意力转向了羊头、剑尾和黑点的遗传起源,这些都是良性的,但与黑色素瘤处于同一位置。

他们分析了近400条鱼的基因组,并将黑点与一种名为xmrk的基因联系起来。

从小黑点到大肿瘤:《科学》新论文揭示杂种功能障碍遗传起源

三种杂交雄鱼表现出不同程度的黑色素入侵,从通常发生在羊头尾中间的一个小点——(——)到非常严重的黑色素瘤(背)。图片来源:丹尼尔鲍威尔

在此基础上,研究人员得出结论,xmrk在患有黑色素瘤的杂交鱼中的表达高于没有黑色素瘤的杂交鱼。

总的来说,它可以解释纯羊头、剑尾和杂交鱼中所研究的黑点的75%的变异。

研究人员还发现,另一种基因cd97在高地箭鱼和杂交鱼中的表达高于羊头箭鱼。

进一步的遗传证据表明cd97和xmrk以某种方式相互作用,导致了杂交鱼的黑色素瘤。

有趣的是,虽然这两个基因与母剑鱼的黑色素瘤没有直接关系,但它们都与其他动物的癌症有关。例如,与cd97相关的基因与人类癌症相关。

总而言之,这些发现产生了一幅有些混乱的画面。

“至于杂交不亲和和疾病,我们最终是互相竞争而不是互相排斥。我们已经证明了一些基因在不同物种中可能很容易分解,考虑到进化的随机性,这是令人惊讶的。但我们也证明了类似的功能障碍有很多遗传原因。”鲍威尔说。

相关论文信息:

http://dx.doi.org/10.1126/science.aba5216

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